JP2001510251A - Paper products containing filling materials - Google Patents

Paper products containing filling materials

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JP2001510251A
JP2001510251A JP2000503292A JP2000503292A JP2001510251A JP 2001510251 A JP2001510251 A JP 2001510251A JP 2000503292 A JP2000503292 A JP 2000503292A JP 2000503292 A JP2000503292 A JP 2000503292A JP 2001510251 A JP2001510251 A JP 2001510251A
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エス ディー チュアング マイク
エル マルコム ラリー
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ティー リー デヴィッド
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Abstract

(57)【要約】 【課題】セルロース材料のまわりに重合した無機物網目構造を有する複合体製品と、この製品の製造方法を記載する。この複合体製品の一つの実施形態は、セルロース材料上へと堆積した、あるいはセルロース材料へと意図的に結合された充てん剤粒子の分離された粒子を含有する代わりに、セルロース材料の周囲に、その全体に、および/又はそのまわりに重合した無機物網目構造、例えばシリカ/ケイ酸塩網目構造を含有する紙製品からなる。本方法の一つの実施形態では、セルロース材料、I族金属のケイ酸塩およびII族金属の塩基または塩を含有する混合物を準備する。次いで、この混合物を炭酸処理することで、沈降した炭酸塩充てん剤材料とセルロース材料のまわりに重合した無機物網目構造とを有する生成物を生成させる。次いで、この生成物を成形して紙製品とし、ここで灰分含量は通常の紙製品よりも著しく大きく、その一方適切な強度特性を維持している。   (57) [Summary] A composite product having an inorganic network structure polymerized around a cellulosic material and a method for producing the product. One embodiment of the composite product comprises, instead of containing discrete particles of filler particles deposited on or intentionally bound to the cellulosic material, around the cellulosic material: Consisting of and / or around it, a paper product containing a polymerized inorganic network, such as a silica / silicate network. In one embodiment of the method, a mixture comprising a cellulosic material, a Group I metal silicate and a Group II metal base or salt is provided. The mixture is then carbonated to produce a product having a precipitated carbonate filler material and an inorganic network polymerized around the cellulosic material. The product is then shaped into a paper product, where the ash content is significantly higher than a normal paper product, while maintaining suitable strength properties.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

本発明は、充てん剤を含有する複合体製品、特に紙製品に関するものであり、
凝集した充てん剤粒子をセルロース材料および/または重合した鉱物網目構造と
結合させるのに先立って、充てん剤をデンプン粒子と凝集させており、また本発
明はその製造方法に関するものである。
The present invention relates to composite products containing fillers, in particular paper products,
Prior to combining the agglomerated filler particles with the cellulosic material and / or polymerized mineral network, the filler is agglomerated with the starch particles, and the present invention relates to a method of making the same.

【0002】[0002]

【従来技術】[Prior art]

紙製品は複合体製品であり、この中ではセルロース繊維、特に木材繊維が主要
な成分である。繊維に加えて、多くの他の材料および化学物質を添加して所望の
製品を形成している。紙製品は、しばしば充てん剤と呼ばれる鉱物添加剤、例え
ばクレー、炭酸カルシウム、タルク、カオリン、硫酸カルシウムおよび二酸化チ
タンを含有している。紙は、主としてセルロース繊維のウエブ(網目構造)と、
少量の鉱物および/または有機充てん剤とからなる。充てん剤は、その名称が示
唆しているように、ウエブのセルロース繊維によって輪郭付けられた空間を充填
するために使用されている。また、充てん剤は、不透明度、白色度および印刷適
性のような特定の紙特性を向上させる。また、色素、染料、デンプン、サイジン
グ剤および強度向上重合体のような他の添加剤を使用して、所望の末端製品特性
を有する紙を生成させることができる。
Paper products are composite products, in which cellulose fibers, especially wood fibers, are the main components. In addition to fibers, many other materials and chemicals have been added to form the desired product. Paper products contain mineral additives, often referred to as fillers, such as clay, calcium carbonate, talc, kaolin, calcium sulfate and titanium dioxide. Paper is mainly made of cellulose fiber web (network structure),
Consists of small amounts of mineral and / or organic fillers. Fillers, as the name implies, have been used to fill the space defined by the cellulose fibers of the web. Fillers also enhance certain paper properties such as opacity, whiteness and printability. Also, other additives such as pigments, dyes, starches, sizing agents and strength enhancing polymers can be used to produce paper with the desired end product properties.

【0003】 主としてセルロース材料のコストのために、こうした充てん剤を使用してセル
ロース製品を製造した場合に比べて、通常の充てん剤を使用するとセルロース製
品を一層経済的に製造できる。伝統的には、カオリンクレー(含水ケイ酸アルミ
ニウム)、チョーク、粉砕した石灰石や大理石、(炭酸カルシウム)、タルク(
含水ケイ酸マグネシウム)、セッコウ(硫酸カルシウム)およびケイソウ土(二
酸化珪素)が、充てん剤として使用されてきた。他のほとんどの充てん剤は、鉱
物(例えば二酸化チタン、合成シリカ、硫酸バリウム)から合成的に生産された
無機材料であるか、あるいは精製後に再生された無機材料(例えば石灰石−石灰
−沈降炭酸カルシウム)である。
[0003] Cellulose products can be produced more economically using conventional fillers than when using such fillers, primarily due to the cost of the cellulosic material. Traditionally, kaolin clay (hydrated aluminum silicate), chalk, ground limestone and marble, (calcium carbonate), talc (
Hydrous magnesium silicate), gypsum (calcium sulfate) and diatomaceous earth (silicon dioxide) have been used as fillers. Most other fillers are inorganic materials produced synthetically from minerals (e.g. titanium dioxide, synthetic silica, barium sulfate) or regenerated after purification (e.g. limestone-lime-precipitated calcium carbonate) ).

【0004】 本発明以前に開発された諸方法を使用して紙製品を生成させるのに用いる充て
ん剤は、この製品を製造するのに用いる充てん剤の百分率が増加するのにつれて
、この製品の裂断長(キロメートル単位、TAPPI法T494による基準重量
時間102によって除した引張強度)のような、強度特性の低下をもたらす。図
1はこの作用を説明するものであり、図1に示すように、充てん剤含量が約20
%を超えて増大するのにつれて、紙の強度が著しく低下する。また、経験の教え
るところによれば、通常の紙製造法において使用する充てん剤の量が増大するの
につれて、他にも望ましくない変化が起こる。
[0004] The fillers used to produce paper products using the methods developed prior to the present invention are subject to cracking of the product as the percentage of fillers used to make the product increases. It results in a decrease in strength properties, such as the length of break (in kilometers, tensile strength divided by the reference weight time 102 according to TAPPI method T494). FIG. 1 illustrates this effect. As shown in FIG.
As the percentage increases, the strength of the paper decreases significantly. Experience has also shown that other undesirable changes occur as the amount of filler used in normal papermaking processes increases.

【0005】 紙製品を製造するのに使用できる充てん剤の量を増加させるために、多数の解
決法が提案、調査されてきている。通常の解決法としては、充てん剤粒子を繊維
質材料へと結合させる。この解決法の成功は限界があった。なぜなら、主として
(1)繊維質材料と充てん剤とは化学的に類似していないからであり、(2)こ
の解決法を用いた製品を製造するために使用する材料のコストが高かったからで
ある。 紙製品において、充てん剤を増加させ、セルロース材料を減少させることに関
連擦る問題点を解決するための化学物質、化学組成物および方法が知られている
。例えば、保持化学物質と組成物とが商業的に入手可能である。これらの材料は
、シート中で充てん剤粒子を凝集させ、保持することに関連する問題点を解決す
る上で満足すべきものであることが証明された。しかし、これらの従来の発明に
よっては、紙の強度が向上せず、従って充てん剤含量が増加したときの紙強度の
低下に伴う問題点を解決するものではない。これに対する一つの可能な説明は、
保持化学物質と組成物とは、充てん剤粒子を凝集させる点では優れているが、充
てん剤を繊維それ自体の上へも凝集させるというものである。紙の強度は、主と
して隣接する繊維の間の繊維−繊維間結合の結果として発現するものと考えられ
る。この繊維−繊維結合は、互いに重複する繊維表面で発生する。繊維上へと充
てん剤が凝集することによって、この繊維間結合に供される繊維の表面積が減少
し、おそらく繊維間結合をも減少させ、これによって紙製品の強度を低下させる
[0005] Numerous solutions have been proposed and investigated to increase the amount of filler that can be used to make paper products. The usual solution is to combine the filler particles into a fibrous material. The success of this solution has been limited. This is mainly because (1) the fibrous material and the filler are not chemically similar, and (2) the cost of the materials used to manufacture products using this solution is high. . Chemicals, chemical compositions and methods are known for solving the problems associated with increasing filler and reducing cellulosic material in paper products. For example, retention chemistries and compositions are commercially available. These materials have proven satisfactory in solving the problems associated with agglomerating and retaining filler particles in sheets. However, these conventional inventions do not improve the strength of the paper, and therefore do not solve the problem associated with the decrease in the paper strength when the filler content is increased. One possible explanation for this is:
The retention chemistry and composition are good at aggregating the filler particles, but also aggregating the filler onto the fibers themselves. It is believed that paper strength develops primarily as a result of fiber-to-fiber bonding between adjacent fibers. This fiber-to-fiber bond occurs at fiber surfaces that overlap one another. Agglomeration of the filler onto the fibers reduces the surface area of the fibers that are subjected to this inter-fiber bonding, and possibly also reduces the inter-fiber bonding, thereby reducing the strength of the paper product.

【0006】 1.充てん剤としてのシリカおよびケイ酸塩 シリカおよびケイ酸塩は、通常の材料であり、これまでに紙製品製造用の充て
ん剤、保持助剤、緩衝材、キレート剤およびコーティング剤として使用されてき
た。実際、ワールドミネラル社は、嵩を増大させ、スチッキングを制御し、印刷
適性を向上させるために、ケイ酸カルシウムを含む一連の製品を製造している。
このように、シリカやケイ酸塩材料を使用して充てん剤や色素材料を製造するの
に際しては、たとえ最初は粒径の大きい粒子を製造した場合であっても、充てん
剤粒子についてはこれらの粒径を古典的な範囲(0.1−10ミクロン)へと減
少させる。例えば、米国特許第4,790,486号に記載の紙の製造方法では
、含水ケイ酸充てん剤を製造するのに際して、スラリーを湿式で微粉砕すること
で大きな粒子を1−30ミクロンにしている。米国特許第5,030,284号
では、ゲル化したアルミナ−硫酸塩組成物を噴霧乾燥して1−10ミクロンの粒
子を生成させる技術を開示している。 シリカおよびケイ酸塩は、紙を製造する際の保持/脱水助剤として使用されて
きた。例えば、米国特許第5,127,994号には、シリカをベースとしたコ
ロイドの使用が記載されている。このコロイド粒子は、4−7ナノメートルの粒
径を有している。米国特許第4,643,801号に記載の改良されたバインダ
ー系は、三種類の成分、即ちカチオンデンプン、アニオン重合体および1−50
ナノメートル(0.001−0.05ミクロン)の粒径を有する分散シリカを含
有している。この系ではこれら三種類の成分を必須としており、小さい分散され
たシリカを利用している。これは、コロイダルケイ酸およびカチオンデンプンを
含有するバインダー系を含む、米国特許第4,385,961号および4,38
8,150号の変種であるように思える。
[0006] 1. Silica and Silicates as Fillers Silica and silicates are common materials and have been used as fillers, retention aids, buffers, chelating agents and coatings for the manufacture of paper products. . Indeed, World Minerals manufactures a range of products containing calcium silicate to increase bulk, control sticking, and improve printability.
As described above, when a filler or a pigment material is manufactured using silica or silicate materials, even if particles having a large particle size are manufactured at first, the filler particles are not used. Reduce particle size to classical range (0.1-10 microns). For example, in the method for producing paper described in U.S. Pat. No. 4,790,486, when producing a hydrous silicate filler, the slurry is finely pulverized in a wet process to reduce large particles to 1-30 microns. . U.S. Pat. No. 5,030,284 discloses a technique for spray drying a gelled alumina-sulfate composition to produce 1-10 micron particles. Silica and silicates have been used as retention / dehydration aids in making paper. For example, US Pat. No. 5,127,994 describes the use of colloids based on silica. The colloid particles have a particle size of 4-7 nanometers. The improved binder system described in U.S. Pat. No. 4,643,801 comprises three components: cationic starch, anionic polymer and 1-50.
Contains dispersed silica having a particle size of nanometers (0.001-0.05 microns). This system requires these three components and utilizes small dispersed silica. This includes U.S. Pat. Nos. 4,385,961 and 4,38, including binder systems containing colloidal silicic acid and cationic starch.
It seems to be a variant of 8,150.

【0007】 これらの保持/脱水助剤の他の変種としては、ミクロゲルの生成であり、これ
は1−2ナノメートルの粒径を有する粒子からなる三次元的な鎖状網目構造であ
る。これらの小さなコロイド粒子を安定化することで、更なる成長やゲル生成を
防止している。例えば米国特許第4,954,220号、5,279,807号
および5,312,595号を参照。アルカリ性ケイ酸塩溶液を中和することで
、ポリケイ酸が(重合性アニオンから)生成し、これが重合することで、ポリケ
イ酸の非常に小さい粒子からなる三次元的な凝集物のミクロゲルを生成させる。
ポリケイ酸ミクロゲルの生成は、酸性材料(硫酸アルミニウム、スズ酸ナトリウ
ム、オルソほう酸ナトリウム十水和物、酸性イオン交換樹脂、アルミン酸ナトリ
ウム等)を添加することで開始させる。この「開始剤」によってゲル化(重合)
プロセスを開始させ、これを溶液が全面的にゲル化する前に停止させる。このプ
ロセスは、製紙プロセスとは独立して実施する。次いで、この系へと他のあらゆ
る保持/脱水添加剤を添加する。図2を参照すると、シリカの重合挙動が示され
ている。ポリケイ酸ミクロゲルは、水溶性のカチオン性重合体と組み合わされた
場合には、良好な保持/脱水助剤となることが発見されてきている。
[0007] Another variant of these retention / dehydration aids is the formation of microgels, which are three-dimensional chain networks of particles having a particle size of 1-2 nanometers. Stabilizing these small colloidal particles prevents further growth and gel formation. See, for example, U.S. Patent Nos. 4,954,220, 5,279,807 and 5,312,595. Neutralizing the alkaline silicate solution produces polysilicic acid (from polymerizable anions), which polymerizes to form a microgel of three-dimensional aggregates of very small particles of polysilicic acid .
The formation of the polysilicate microgel is initiated by adding an acidic material (aluminum sulfate, sodium stannate, sodium orthoborate decahydrate, acidic ion exchange resin, sodium aluminate, etc.). Gelation (polymerization) by this "initiator"
The process is started and stopped before the solution has completely gelled. This process is performed independently of the papermaking process. Then any other retention / dehydration additives are added to the system. Referring to FIG. 2, the polymerization behavior of silica is shown. Polysilicic acid microgels have been found to be good retention / dehydration aids when combined with water-soluble cationic polymers.

【0008】 カリスキイの米国特許第5,240,561号の開示によると、ケイ酸アルカ
リの溶液と、アルミン酸ナトリウムまたは亜鉛酸ナトリウムの第二の水溶液とか
ら同様に生成したミクロゲルを使用している。カリスキイの特許は紙の製造方法
に関するものであり、インシチュで(完成紙料中で)ミクロゲルを生成させるこ
とを教示している。しかし、彼が開示したミクロゲルは、一時的なものであると
記載されており、化学反応性であり、サブコロイド状のナトリウム−シリカ−ア
ルミン酸塩または同様のミクロゲルであり、コロイド粒子の生成(チンダル効果
)に先立って、二価および/または多価の無機塩(塩化カルシウムのような)と
架橋しなければならない。この架橋によって、ゲル化プロセス(重合反応)は直
ちに停止し、カルシウム架橋ミクロゲルとして沈殿する。カリスキイは、新しい
凝集機構として製紙用に本手順を採用することを示しており、ここでミトロゲル
が沈殿することで製紙完成紙料中に存在するすべての粒子が凝固し、凝集する。
従って、カリスキイの特許は、保持/脱水助剤についての既述の特許の変種であ
り、ただしインシチュで実行しているものである。カリスキイの特許においては
、サブコロイドの成長段階で重合を停止させるには、特定の順番での添加が必要
である(1番目にケイ酸ナトリウム、2番目にアルミン酸ナトリウム、3番目に
塩化カルシウム)。カリスキイの米国特許第5,116,418号および5,2
79,663号は、この凝集技術を使用して色素を生成させることを議論してい
る。カリスキイの米国特許第5,378,399号は、官能性の複雑なミクロゲ
ルの生成を議論している。
According to the disclosure of US Patent No. 5,240,561 to Kaliski, a microgel similarly formed from a solution of an alkali silicate and a second aqueous solution of sodium aluminate or sodium zincate is used. . The Kaliszky patent relates to a method of making paper and teaches forming microgels (in furnish) in situ. However, the microgels he discloses are described as transient, are chemically reactive, are subcolloidal sodium-silica-aluminates or similar microgels, and produce colloidal particles ( Prior to the Tyndal effect), it must be crosslinked with divalent and / or polyvalent inorganic salts (such as calcium chloride). Due to this cross-linking, the gelling process (polymerization reaction) stops immediately and precipitates as a calcium cross-linked microgel. Kaliski shows that this procedure is used for papermaking as a new agglomeration mechanism, in which mitrogel precipitates, causing all particles present in the papermaking furnish to solidify and agglomerate.
Thus, the Kaliszky patent is a variation of the previously described patent for retention / dehydration aids, but which is implemented in situ. In the Kaliszky patent, a specific order of addition is required to stop the polymerization at the stage of subcolloid growth (sodium silicate second, sodium aluminate second, calcium chloride third). . U.S. Pat. Nos. 5,116,418 and 5,2 of Kaliszky
No. 79,663 discusses using this aggregation technique to produce a dye. U.S. Pat. No. 5,378,399 to Kaliski discusses the formation of functionally complex microgels.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

上記した複数の特許は、コロイド粒子および/ミクロゲルに関するものであり
、繊維の周りに大きな三次元的な無機物網目構造が生成したという証拠は示して
いない。初期の粒子またはミクロゲルは非常に小さく(通常は1−50ナノメー
トルであり、100ナノメートルまたは0.1ミクロンよりも小さい)、これよ
りも大きい粒子は実際のところシリカ/ケイ酸塩に対しては不利益をもたらす。
製紙プロセスにおけるシリカ/ケイ酸塩の濃度と、続くこれら材料の希釈とによ
って、一層大きい無機物網目構造の生成は除外されるであろう。
The patents mentioned above relate to colloidal particles and / or microgels and do not provide evidence that a large three-dimensional inorganic network has formed around the fibers. The initial particles or microgels are very small (typically 1-50 nanometers and less than 100 nanometers or 0.1 micron), and larger particles are actually Brings disadvantages.
The concentration of silica / silicate in the papermaking process and subsequent dilution of these materials will preclude the formation of a larger mineral network.

【0010】 幾つかの文献が教示するところによれば、より大きい無機生成物の網目構造は
、紙製品の生成には望ましくない。例えば、米国特許第3,720,531号が
述べるところによれば、「良く知られているように、ケイ酸アルカリを単純に中
和することで得られる生成物は、吸収剤および触媒としては有用であるが、しか しこれは色素としては使用できない 」(強調を加えた)。同様の論述が、S.N
.イワノフおよびV.V.クズネツキィによる「人工ケイ酸塩充てん剤の調製」
と題する記事においてなされている。「良く知られているように、通常条件下で
酸または遷移金属の塩の溶液によって水ガラス(ケイ酸ナトリウム)を処理する
間には、ゲルが生成し、これはその構造および特性の結果として、充てん剤とし て働くことはできない 」(強調を加えた)。 日本国特開平5−239795号公報では、発火抵抗紙を製造するためにケイ
酸カルシウムを使用することを議論しており、米国特許第5,372,678号
は、通常の長網を使用せずに、成形/プレス操作を行うことよって、ケイ酸水素
カルシウムが結合したファイアボードを製造することを開示している。
[0010] Some literature teaches that larger inorganic product networks are not desirable for the production of paper products. For example, U.S. Pat. No. 3,720,531 states that "as is well known, the products obtained by simple neutralization of alkali silicates are used as absorbents and catalysts. Although useful, however this (plus enhancement) can not "used as a dye. A similar statement is made by S.M. N
. Ivanov and V.I. V. "Preparation of artificial silicate filler" by Kuznetsky
In an article entitled, "As is well known, during the treatment of water glass (sodium silicate) with a solution of a salt of an acid or a transition metal under normal conditions, a gel forms, which, as a result of its structure and properties, , it is not possible to work as a filler "(emphasis was added). Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 5-239797 discusses the use of calcium silicate to produce a fire resistant paper, and U.S. Pat. No. 5,372,678 discloses the use of ordinary fourdrinier. Rather, it discloses that a molding / pressing operation is performed to produce a fireboard bonded with calcium hydrogen silicate.

【0011】 2.充てん剤粒子を予備凝集させる また、紙の強度を向上させつつ、一方充てん剤の負荷を増加させるための方法
が開発されてきている。こうした技術の一つは、充てん剤粒子をセルロース繊維
材料に対して添加する前に、充てん剤粒子を予備凝集させるものである。この予
備凝集した充てん剤凝集物は、セルロース繊維材料がつくり出したウエブによっ
て一層良く保持され、繊維上へと凝集しない。これによって繊維間結合に利用可
能な繊維の表面積が大きくなり、紙製品の強度も向上する。充てん剤粒子を予備
凝集させるための方法は、一般的には、製紙プロセスの湿部(ウエットエンド)
に適用される保持材料と同じ化学物質に基づいている。これには、電荷の中和と
、充てん剤粒子間を架橋するために保持化学物質を使用することとが含まれる。
同様に荷電した充てん剤粒子は、互いに反発し合う。電荷の中和には、粒子の電
荷を中和してこの反発力を除去することが含まれており、これによって粒子を凝
集させる。このプロセスに使用される化学物質としては、カチオンデンプン、高
分子量カチオンまたは非イオン性重合体、あるいはカチオンデンプンと重合体と
の組み合わせがある。カチオンデンプンは、負に荷電した色素粒子を凝集させ得
るような正の電荷を含んでいるので、カチオンデンプンは繊維微細分を凝集させ
るために製紙プロセスの湿部で通常使用されている。
[0011] 2. Pre-agglomeration of Filler Particles Also, methods have been developed to increase the loading of the filler while increasing the strength of the paper. One such technique is to pre-agglomerate the filler particles before adding the filler particles to the cellulosic fibrous material. This pre-agglomerated filler agglomerate is better retained by the web created by the cellulosic fibrous material and does not agglomerate onto the fibers. This increases the surface area of the fibers available for fiber-to-fiber bonding and improves the strength of the paper product. The method for pre-aggregating the filler particles is generally the wet end of the papermaking process.
It is based on the same chemicals as the holding material applied to. This includes charge neutralization and the use of retention chemicals to crosslink between the filler particles.
Similarly charged filler particles repel each other. Charge neutralization involves neutralizing the charge on the particles to remove this repulsion, thereby aggregating the particles. Chemicals used in this process include cationic starch, high molecular weight cationic or non-ionic polymers, or a combination of cationic starch and polymer. Cationic starch is commonly used in the wet part of papermaking processes to agglomerate fiber fines, since cationic starch contains a positive charge that can cause the negatively charged pigment particles to agglomerate.

【0012】 充てん剤粒子を予備凝集させることは有利であるけれども、不利益な点もある
。一つの不利益は、凝集プロセスによって生成した凝集物のサイズを制御するこ
とが困難なことが証明されたことである。これによって、大きな凝集物の生成が
もたらされ、最終的な紙製品において可視的な欠陥として現れるかもしれず、あ
るいは小さ過ぎる凝集物が生成し、シート中に凝集物を保持するために保持助剤
の使用が必要となるかもしれない。 上記したように、デンプンが充てん剤粒子を予備凝集させるために使用されて
きており、これらの発明の幾つかは特許されてきた。これらの発明では、充てん
剤粒子を凝集させるためにデンプン重合体を使用しており、所望のサイズの凝集
物を、例えばこの凝集物を複雑なプロセス設計によって高い剪断力へと供するこ
とによって製造している。デンプン重合体を使用して充てん剤粒子を凝集させる
方法の一例は、リチャード デビッドソンの米国特許第4,151,187号で
ある。
Although it is advantageous to pre-agglomerate the filler particles, there are disadvantages. One disadvantage is that it has proven difficult to control the size of the agglomerates produced by the agglomeration process. This results in the formation of large agglomerates, which may appear as visible defects in the final paper product, or which may form too small agglomerates and retention aids to retain the agglomerates in the sheet May need to be used. As mentioned above, starch has been used to pre-agglomerate the filler particles, and some of these inventions have been patented. In these inventions, a starch polymer is used to agglomerate the filler particles, and agglomerates of the desired size are produced, for example, by subjecting the agglomerates to high shear forces through complex process designs. ing. One example of a method for agglomerating filler particles using a starch polymer is US Pat. No. 4,151,187 to Richard Davidson.

【0013】 本発明に先立ってデンプンが紙製品の生成に使用されてきたけれども、製紙技
術における通常の知識では、製紙プロセスの湿部中でカチオンデンプンを使用し
て充てん剤微細物と色素粒子とのの保持を向上させている。更に、ほとんどのデ
ンプンは、凝集剤としての使用に先立って、デンプンの天然形から化学修飾して
いる。例えば、コーンスターチをしばしば化学的に処理、たとえはエチル化し、
その天然に生ずる化学構造を変更している。次いで、こうして修飾したデンプン
を蒸煮し、これによってデンプンを分解し、水に溶解するようにする。次いで、
デンプンによる膜が繊維上に生成する。また、デンプンはカチオン化されており
、即ち、化学的に修飾されて正の電荷を与える材料を提供しており、これによっ
てデンプンが静電的に、負に荷電した紙の繊維部分へと引きつけられる。デンプ
ンの修飾およびカチオン化によって、処理工程が増え、製紙プロセス全体の費用
が増える。
Although starch has been used in the production of paper products prior to the present invention, one of ordinary skill in the papermaking art is that the use of cationic starch in the wet part of the papermaking process will result in the formation of filler fines and pigment particles. The retention of has been improved. In addition, most starches have been chemically modified from their native form prior to use as flocculants. For example, corn starch is often chemically treated, even if it is ethylated,
It alters its naturally occurring chemical structure. The modified starch is then cooked, which causes the starch to degrade and dissolve in water. Then
A starch film forms on the fibers. Also, the starch is cationic, that is, it provides a material that is chemically modified to provide a positive charge, thereby attracting the starch electrostatically to the fiber portion of the negatively charged paper. Can be Modification and cationization of starch increases the number of processing steps and increases the cost of the overall papermaking process.

【0014】[0014]

【課題を解決しようとするための手段】[Means for solving the problem]

本発明は、一面では、図1に示した充てん剤濃度−強度問題を解決する新しい
解決法を提供するものであり、更にセルロース製品の組成、構造および生成に関
して根本的に異なる解決法を示すものである。充てん剤を用いて製造された紙製
品の強度低下という限界を克服するための過去の試みは、強度が主として繊維の
結合に由来するという基本原理によって制限を受けてきた。本発明の前には、製
紙技術において通常の知識を有する者は、一般的に、紙製品の生成の間に充てん
剤粒子を共に結合することが有益であるとは考えなかった。なぜなら、これによ
って離れた充てん剤粒子の数が減少し、製品の不透明度と嵩との双方が減少する
からである。
The present invention, in one aspect, provides a new solution to the filler concentration-strength problem shown in FIG. 1 and further represents a radically different solution with respect to the composition, structure and formation of cellulosic products. It is. Past attempts to overcome the limitations of strength reduction of paper products made with fillers have been limited by the basic principle that strength is derived primarily from the bonding of fibers. Prior to the present invention, those having ordinary skill in the papermaking arts generally did not find it beneficial to bond filler particles together during the production of paper products. This is because this reduces the number of distant filler particles and reduces both opacity and bulk of the product.

【0015】 本発明は、セルロース製品において充分な強度を得るために、繊維を互いに結
合することにのみ頼るという概念から離れる。本発明の製品は、充てん剤を有す
る単なる繊維質のマットではなく、むしろ複合体構造からなっており、この複合
体構造が含有する充てん剤粒子は互いに結合し(およびおそらくはセルロース材
料へも結合し)、セルロースの周りでの重合反応によって無機物網目構造を生成
している。この結果は、通常の紙製品とは異なる特性を持つ新しい複合体製品で
ある。この理由の一つは、複合体製品の特性、例えば強度、剛度、不透明度、印
刷適性等が、繊維の相互結合、一般的には少なくとも部分的には繊維の存在下で
重合した充てん剤の網目構造、および幾つかの実施形態においては繊維の周囲で
重合した充てん剤の網目構造、およびおそらくは網目構造と繊維との間の結合に
由来しているからである。
The present invention departs from the concept of relying solely on bonding fibers together to obtain sufficient strength in a cellulosic product. The product of the present invention is not merely a fibrous mat with a filler, but rather a composite structure, in which the filler particles contained by the composite bond to each other (and possibly also to the cellulosic material). ), And an inorganic network structure is produced by a polymerization reaction around cellulose. The result is a new composite product with different properties than regular paper products. One reason for this is that the properties of the composite product, e.g., strength, stiffness, opacity, printability, etc., are dependent on the interconnecting of the fibers, generally the fillers polymerized at least partially in the presence of the fibers. This is due to the network, and in some embodiments, the network of the filler polymerized around the fiber, and possibly the bond between the network and the fiber.

【0016】 本発明の複合体製品の特定例が通常の紙製品と異なる点は、本製品を生産する
のに用いる本方法(本明細書ではCa−FLOCC法と呼ぶ)では、意図的に繊
維材料の周囲で、繊維材料の全体にわたって、および/または繊維材料を囲むよ
うに重合した無機物網目構造、例えばシリカ/ケイ酸塩網目構造の生成をもたら
すことである(本明細書では繊維材料の「まわりに」無機物網目構造を生成させ
ると呼ぶ)。これは、分離された充てん剤材料の粒子をセルロース材料上へと堆
積させ、あるいはセルロース材料へとこうした充てん剤粒子を結合させる通常法
とは対照的である。他の実施形態においては、本網目構造の生成を、繊維の存在
の外側で開始させ、次いで繊維と結合させた後に継続させる(本明細書ではMg
−FLOCCおよびSi−FLOCC法と呼ぶ)。
The specific example of the composite product of the present invention differs from ordinary paper products in that the process used to produce the product (referred to herein as the Ca-FLOCC process) is intended to provide a fiber To produce a polymerized inorganic network, such as a silica / silicate network, around the material, throughout the fiber material and / or surrounding the fiber material. Around it is called "generating an inorganic network"). This is in contrast to the usual method of depositing separated filler material particles on a cellulosic material or binding such filler particles to the cellulosic material. In other embodiments, the generation of the network begins outside the presence of the fiber and then continues after binding with the fiber (here, Mg
-FLOCC and Si-FLOCC methods).

【0017】 本発明の複合体製品と通常の紙製品との一つの相違点を、図3−図6に示す。
本発明によって、特にCa−FLOCC法によって製造した紙製品の走査型電子
顕微鏡写真は、従来法を用いて製造した紙製品とは明らかに識別可能であり、更
にCa−FLOCC法、および幾分かはMg−FLOCC法およびSi−FLO
CC法によって、繊維のまわりに無機物網目構造が生成することが示されている
。Ca−FLOCC法によって製造したセルロース製品の灰分(即ち、主として
、セルロース以外の生成物を生成するために添加された材料の燃焼産物)の走査
型電子顕微鏡写真は、いまだ重合化した網目構造に類似しており、通常の紙製品
におけるように、この充てん剤粒子がセルロース材料上に体積したり、あるいは
結合している製品から生じた、より砕けやすい灰分とは反対である。図7−10
を参照。
One difference between the composite product of the present invention and a normal paper product is shown in FIGS.
Scanning electron micrographs of paper products produced by the present invention, particularly by the Ca-FLOCC method, are clearly distinguishable from paper products produced using the conventional method, and furthermore by the Ca-FLOCC method, and to some extent Are Mg-FLOCC method and Si-FLO
It has been shown that the CC method produces an inorganic network around the fibers. Scanning electron micrographs of the ash of cellulosic products produced by the Ca-FLOCC process (i.e., primarily the combustion products of the materials added to produce non-cellulose products) are similar to the still polymerized networks. This is in contrast to the more brittle ash that results from products in which the filler particles are volumeized or bound on the cellulosic material, as in conventional paper products. Fig. 7-10
See

【0018】 本発明の製品は、通常、同じ灰分含量を有する通常の紙製品よりも強い。これ
を達成する一方、個々の充てん剤生成物の粒子がセルロース材料上に分布してお
り、あるいは結合するように製造された紙製品において通常見られる充てん剤料
に対して、充てん剤含量を著しく増加させている。 また、本発明は、複合体製品を製造する方法に関するものである。本方法は、
少なくとも部分的にはセルロース繊維の存在下に、あるいはセルロースフラクシ
ョンのまわりで無機物網目構造を重合させることからなる。本Si−FLOCC
法によって製品を生成させるための最も単純かつ容易な解決法は、例えばI族金
属のケイ酸塩材料へと二酸化炭素を添加することによって酸性化し、次いでこの
材料をセルロースへと添加することを含む。本無機物網目構造を重合させるため
の他の解決法では、セルロース材料、I族金属のケイ酸塩、特にケイ酸ナトリウ
ム、およびII族金属の塩基または塩、特にカルシウムおよびマグネシウム塩(
この例は酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム、および水酸化カルシウムおよ
び水酸化マグネシウムである)を含有する混合物を与える。次いでこの混合物を
酸性処理し、おそらく同時に炭酸処理し、沈降した炭酸塩充てん剤材料と、セル
ロース材料のまわりに重合化した無機物網目構造とを含む製品が得られる。この
製品を通常のセルロース製品、例えば紙製品へと成形することができる。本混合
物の炭酸処理は、本混合物を二酸化炭素と結合させることによって達成できるが
、しかし水性混合物を炭酸処理するための他の通常法も利用できる。
The products of the present invention are usually stronger than regular paper products having the same ash content. On the other hand, while achieving this, the filler content is significantly increased relative to the filler material normally found in paper products made to distribute or combine the individual filler product particles on the cellulosic material. Is increasing. The invention also relates to a method for producing a composite product. The method is
It consists, at least in part, in polymerizing the inorganic network in the presence of the cellulose fibers or around the cellulose fraction. This Si-FLOCC
The simplest and easiest solution for producing a product by a process involves acidifying, for example, by adding carbon dioxide to a Group I metal silicate material and then adding this material to cellulose. . Other solutions for polymerizing the mineral network include cellulose materials, silicates of Group I metals, especially sodium silicate, and bases or salts of Group II metals, especially calcium and magnesium salts (
This example gives a mixture containing calcium oxide and magnesium oxide, and calcium hydroxide and magnesium hydroxide). The mixture is then acidified, and possibly co-carbonated, to give a product comprising precipitated carbonate filler material and a polymerized inorganic network around the cellulosic material. This product can be formed into a conventional cellulosic product, such as a paper product. Carbonation of the mixture can be achieved by combining the mixture with carbon dioxide, but other conventional methods for carbonating aqueous mixtures are also available.

【0019】 本混合物は、典型的には、(1)約40−約60重量%のセルロース材料(特
に断らない限りは、本明細書に述べるすべての百分率比は、紙料のオーブンで乾
燥した固形分に対する重量による)、特に脱リグニンセルロース、(2)約0.
5−約20%のI族の金属ケイ酸塩、特にケイ酸ナトリウム、および(3)約0
.5−約45%のII族金属の塩、例えば酸化カルシウムを含有しており、ここ
でII族の金属塩の含量は、一般的には前記ケイ酸塩の含量と等しく、一層典型
的にはより大きい。次いでこの混合物を成形し、紙製品を得る。また、本混合物
は、紙製品の生成に際して通常使用される他の材料を含有していてよく、これは
例えば沈降炭酸カルシウムのような充てん剤、デンプン、保持助剤、増白剤、殺
虫剤、サイジング剤、色素(酸化チタン、クレー、タルク等)およびこれらの混
合物かなる群より選ばれた材料であるが、これらには限定されない。
The mixture typically comprises (1) about 40 to about 60% by weight of a cellulosic material (unless otherwise noted, all percentage ratios described herein are dry in a stock oven) (By weight to solids), especially delignified cellulose, (2) about 0.
5 to about 20% of a Group I metal silicate, especially sodium silicate, and (3) about 0%
. 5 to about 45% of a salt of a Group II metal, for example calcium oxide, wherein the content of the Group II metal salt is generally equal to the content of said silicate, more typically Greater than. The mixture is then shaped to obtain a paper product. The mixture may also contain other materials commonly used in the production of paper products, such as fillers such as precipitated calcium carbonate, starch, retention aids, brighteners, insecticides, The material is selected from, but not limited to, the group consisting of sizing agents, pigments (titanium oxide, clay, talc, etc.) and mixtures thereof.

【0020】 本方法は、従来法に対して幾つかの利点を与えるものである。例えば、一層高
い充てん剤含量を製品の生成の際に利用でき、同時にコストを低減できる。また
、沈降炭酸カルシウムのような沈降した充てん剤材料も、インシチュで、本製品
の生成の間に製造することができ、これによって良好な品質の充てん剤の使用と
、製品の全体にわたる均一な分布と、おそらくは無機物網目構造中への含浸を補
償できる。 また、本発明は、紙製品の製造に有用な、充てん剤粒子を予備凝集させる方法
を提供する。本方法では、デンプンを準備し、このデンプンを処理してデンプン
細粒を生成させ、充てん剤粒子をこのデンプン細粒と混合することによって充て
ん剤粒子−デンプン凝集物を生成させる。本デンプンは、一般的には、まめ科デ
ンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチおよびこれらの混合物からなる群
より選択されており、好ましくはえんどう豆デンプンである。デンプンを処理す
る工程では、典型的には、約1−約10重量%のデンプンを含有するデンプン水
性分散液を準備し、この分散液を約60℃−約120℃の温度、好ましくは約7
0℃−約90℃の温度に加熱する。このデンプン細粒の平均粒径は、典型的には
15μmから約150μmであり、好ましくは約40μmから約70μmである
The present method offers several advantages over conventional methods. For example, higher filler contents can be utilized in the production of the product, while at the same time reducing costs. Also, precipitated filler materials, such as precipitated calcium carbonate, can be produced in situ during the production of the product, thereby using good quality filler and uniform distribution throughout the product. And possibly compensation for impregnation into the mineral network. The present invention also provides a method for pre-agglomerating filler particles useful in the manufacture of paper products. In the method, a starch is provided, the starch is processed to form starch granules, and the filler particles are mixed with the starch granules to form a filler particle-starch agglomerate. The starch is generally selected from the group consisting of legume starch, potato starch, corn starch and mixtures thereof, and is preferably pea starch. In the process of treating starch, typically an aqueous starch dispersion containing about 1 to about 10% by weight of starch is provided and the dispersion is treated at a temperature of about 60 ° C to about 120 ° C, preferably about 7 ° C.
Heat to a temperature between 0 ° C and about 90 ° C. The average particle size of the starch granules is typically from 15 μm to about 150 μm, preferably from about 40 μm to about 70 μm.

【0021】 また、本発明で提供する紙製品の製造方法では、デンプンを処理してデンプン
細粒を生成させ、このデンプン細粒を充てん剤粒子と混合することによって充て
ん剤粒子−デンプン凝集物を生成させることによって、紙製品の製造に有用な充
てん剤粒子を予備凝集させ;セルロースフラクションを準備し;前記セルロース
フラクションへと充てん剤粒子−デンプン凝集物を結合させるのと同時に、ある
いはこれに続いて前記セルロースフラクションのまわりに無機物網目構造を生成
させる。
[0021] In the method for producing a paper product provided by the present invention, the starch particles are treated to form starch granules, and the starch granules are mixed with the filler particles to form a filler particle-starch aggregate. Pre-agglomerating filler particles useful in the manufacture of paper products by forming; preparing a cellulose fraction; simultaneously with or subsequent to binding the filler particle-starch aggregates to said cellulose fraction. An inorganic network is formed around the cellulose fraction.

【0022】 好適な実施形態の詳細な説明 本発明は、「発明の背景」の項目で議論した不利益を解決する紙製品の製造に
関するものである。本発明では、凝集した充てん剤粒子を繊維微細物と結合させ
る前に、繊維のまわりで重合化した無機物網目構造を生成させ、および/または
、充てん剤粒子をデンプン細粒と予備凝集させる。重合した無機物網目構造を有
する紙製品の製造方法の種々の実施形態と、本方法によって製造された製品の種
々の実施形態とは、後述する。充てん剤粒子をデンプン細粒と共に予備凝集させ
ることによって紙製品を製造する方法の種々の実施形態と、本方法によって製造
された製品の種々の実施形態とは、後述する。本実施例では、これらの方法と製
品との作業的な実施形態だけでなく、充てん剤粒子をデンプン細粒と予備凝集さ
せることと、繊維微細物のまわりで無機物網目構造を生成させることとの双方に
よって製造された紙製品の作業的な実施形態も既述する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to the manufacture of paper products that overcome the disadvantages discussed in the "Background of the Invention" section. In the present invention, a polymerized inorganic network is formed around the fibers and / or the filler particles are pre-agglomerated with the starch granules prior to bonding the agglomerated filler particles with the fiber fines. Various embodiments of a method of manufacturing a paper product having a polymerized inorganic network structure and various embodiments of a product manufactured by the method will be described later. Various embodiments of a method of making a paper product by pre-agglomerating filler particles with starch granules and various embodiments of a product made by the method are described below. In this example, not only working embodiments of these methods and products, but also the pre-agglomeration of the filler particles with the starch granules and the formation of an inorganic network around the fiber fines. Working embodiments of paper products produced by both parties are also described above.

【0023】 I.一般的な製紙プロセス 一般的な製紙プロセスは、本技術分野において知られている。以下は、本発明
の続く特徴の説明を助けるために、本方法の概観を提供するような通常の製紙プ
ロセスの特定の実施形態を要約する。 図11は、特定の製紙プロセス10の概略図であるけれども、本発明は、この
例示したプロセスから変化した製紙プロセスにおいても実施できることが理解さ
れるべきである。図11を左から右側へと向かって見ると、本製紙プロセス10
は紙料スラリーから始まり、紙料スラリーは水中にセルロース繊維を例えば5−
10%の濃度で含有する薄い懸濁液である。この紙料を、図11にHDタンク1
2として指示する保持タンクの中に保持する。この紙料をHDタンク12から、
精砕チェスト14を通して、一連の一次精砕機16中へと供給する。この一次精
砕機16によって、繊維を機械力および油圧力に供して繊維の性質を変化させる
。次いで紙料を配合チェスト18中へと供給し、ここで紙料を異なるタイプの繊
維および/または異なるタイプの薬剤、化学物質および充てん剤と配合する。次
いで、得られた紙料を機械チェスト20を通して一連の二次精砕機22中へと供
給する。この二次精砕機22によって繊維を機械力および油圧力に供し、繊維の
性質を更に変化させる。一次精砕機16および二次精砕機22中での繊維特性の
変更としては、その繊維内結合のいくらかを破壊し、水を繊維中へと浸透させる
ことが挙げられる。
I. General Papermaking Process General papermaking processes are known in the art. The following summarizes certain embodiments of a typical papermaking process that will provide an overview of the method to assist in explaining the subsequent features of the invention. Although FIG. 11 is a schematic diagram of a particular papermaking process 10, it should be understood that the present invention may be implemented in papermaking processes that vary from this illustrated process. Looking at FIG. 11 from left to right, the papermaking process 10
Starts with a stock slurry, which contains cellulose fibers in water, e.g.
A thin suspension containing 10% concentration. This stock is shown in FIG.
Hold in the holding tank designated as 2. This stock is transferred from the HD tank 12
Feed through a refining chest 14 into a series of primary refining machines 16. With this primary refining machine 16, the fibers are subjected to mechanical force and hydraulic pressure to change the fiber properties. The stock is then fed into a compounding chest 18 where the stock is compounded with different types of fibers and / or different types of drugs, chemicals and fillers. The resulting stock is then fed through a mechanical chest 20 into a series of secondary refiners 22. The secondary refining machine 22 subjects the fibers to mechanical and hydraulic pressure to further alter the properties of the fibers. Altering the fiber properties in the primary and secondary refiners 16 and 22 includes breaking some of the intra-fiber bonds and allowing water to penetrate into the fibers.

【0024】 この二次精砕プロセス後に、系内での均一な分散を確保するために、紙料を「
スタッフボックス24」と呼ばれる定位タンク中へと供給する。スタッフボック
ス24中では、デンプンとサイジング剤とを紙料へと添加できる。デンプンは繊
維間結合剤として作用し、一方サイジング剤は、完成品の紙製品から水分を除去
するように作用する。紙料は、スタッフボックス24から、機械サイロ26へと
入り、希釈される。 紙料がサイロ26を出た後に、充てん剤を紙料中へと導入できる。図示した図
面においては、充てん剤が沈降炭酸カルシウム(PCC)であり、これをPCC
タンク28から紙料中へと供給する。充てん剤は、セルロース繊維のウエブ中の
間隙部分を充填する。次いで、紙料を一次クリーナー供給ポンプによって一連の
遠心分離クリーナー32中へと供給し、ここからデキュレータ脱気装置34中へ
と供給し、ここで紙料から飛沫同伴したエアーを除去する。ファンポンプ30は
スクリーン36を供給し、紙料から外来物質と、粗い、不規則な、あるいは未分
離の繊維を除去する。紙料をポンプ30を通して供給する前、あるいは供給した
後に、保持助剤を添加できる。保持助剤によって充てん剤、繊維、微細物、添加
剤(サイズ、デンプン)等をセルロース繊維のウエブ中に保持する一方、希釈紙
料を抄紙機の多孔質コンベヤに沿って通過させる。
[0024] After this secondary refining process, to ensure uniform dispersion in the system, the stock is
It is supplied into a stereotactic tank called "stuff box 24". In the stuff box 24, starch and sizing can be added to the stock. Starch acts as an inter-fiber binder, while sizing agents act to remove moisture from the finished paper product. The stock enters the machine silo 26 from the staff box 24 and is diluted. After the stock exits silo 26, the filler can be introduced into the stock. In the drawing shown, the filler is precipitated calcium carbonate (PCC), which is referred to as PCC.
It is fed from a tank 28 into the stock. The filler fills gaps in the web of cellulosic fibers. The stock is then fed by a primary cleaner feed pump into a series of centrifugal cleaners 32, from where it is fed into a decurator deaerator 34 where air entrained by the stock is removed. The fan pump 30 provides a screen 36 to remove foreign matter and coarse, irregular, or unseparated fibers from the stock. A retention aid can be added before or after the stock is fed through the pump 30. Fillers, fibers, fines, additives (size, starch), etc. are retained by the retention aid in the web of cellulose fibers while the dilute stock is passed along the porous conveyor of the paper machine.

【0025】 次いで、この紙料を抄紙機へと供給する。この紙料は、最初にヘッドボックス
38へと入り、これが紙料を加圧し、次いで紙料のシートを連続的な多孔質コン
ベヤベルトへと払いのける。シートをコンベヤベルトによって移動させている間
、機械によって吸引を適用して水を繊維のウエブから除去する。次いで、このシ
ートをウエットプレス40を通して搬送し、これによってシートから水を更に除
去し、繊維を互いにまとめる。次いで、シートを一連の加熱ローラー(ドライヤ
ー42)を通して搬送し、トライヤーによって残った水のほとんどを蒸発させ、
シートの内部に繊維間結合の生成を引き起こす。ドライヤー42の後に、シート
はサイブプレス44を走行して通過し、サイズプレスがシートの表面をサイジン
グし(「サイジンク」とは、シートの表面にサイジング剤を添加することを意味
する)、デンプンをシートの表面へと添加して、充てん剤と、シートの表面から
上方へとたたみ込まれた充てん剤とあらゆる繊維とを下方へと結合させ、更に塩
のような無機物または充てん剤を添加できる。次いで、このシートを別の系列の
加熱ローラー、即ちアフタードライヤー46を通して搬送し、ここでシートから
残った水分を蒸発させる。こうして乾燥したシートを一連のロールニップ、即ち
カレンダスタック48を通してカレンダ処理し、シートの厚さを減少させ、滑ら
かなシート表面を生じさせる。次いで、このシートはリール50を通過し、巻き
取り機52によってシートを紙ロールに巻き取る。
Next, the stock is supplied to a paper machine. The stock first enters the headbox 38, which pressurizes the stock and then expels the sheet of stock into a continuous porous conveyor belt. While the sheet is moved by the conveyor belt, suction is applied by a machine to remove water from the fiber web. The sheet is then conveyed through a wet press 40, thereby further removing water from the sheet and bringing the fibers together. The sheet is then conveyed through a series of heated rollers (dryer 42) to evaporate most of the water remaining by the lier,
This causes the formation of interfiber bonds inside the sheet. After the dryer 42, the sheet travels past a sieve press 44, and a size press sizing the surface of the sheet ("Sai zinc" means adding a sizing agent to the surface of the sheet), and the starch is sheeted. To bind the filler, the filler folded up from the surface of the sheet and any fibers downward, and further add inorganics or fillers such as salts. The sheet is then conveyed through another series of heating rollers, an afterdryer 46, where the moisture remaining from the sheet is evaporated. The dried sheet is calendered through a series of roll nips or calendar stacks 48 to reduce sheet thickness and create a smooth sheet surface. The sheet then passes through a reel 50 and is wound up by a winder 52 on a paper roll.

【0026】 II Ca−FLOCC、Ng−FLOCCおよびSi−FLOCC紙製品 A 複合体FLOCC製品を生成させるための一般的方法および工程 現在のところ、本発明の無機物網目構造を生成させるには三種類の一般的方法
がある。(1)I族金属のケイ酸塩を含有する混合物をII族金属の塩基または
塩の存在下に酸性化する。(2)I族金属のケイ酸塩の混合物を、おそらくはI
I族金属の塩基または塩の存在下に炭酸処理する。(3)セメント状材料を使用
する。現在のところ、第一および第二の方法が好ましく、これらの双方の方法に
ついての手すき紙生成および製紙試験の作業例を以下に示す。一般的方法を実施
するには、(1)適切な薬剤を選択し、(2)所望の薬剤のすべてではないとし
てもほとんどを含有する水性混合物を生成させ、(3)この混合物を酸性化、お
そらくは炭酸処理し、(4)必要に応じて紙製品を生成させるのに通常使用され
ている他の材料を添加し、(5)所望の製品特性を得るのに充分な硬化時間の後
にこの混合物から紙製品を生成させる。これらの工程の各々を、以下に更に詳細
に議論する。
II Ca-FLOCC, Ng-FLOCC and Si-FLOCC Paper Products A General Methods and Processes for Producing Composite FLOCC Products There is a general method. (1) A mixture containing a silicate of a Group I metal is acidified in the presence of a base or a salt of a Group II metal. (2) a mixture of silicates of group I metals, possibly I
Carbonation in the presence of a base or salt of a Group I metal. (3) Use a cement-like material. At present, the first and second methods are preferred, and working examples of handsheet production and papermaking tests for both of these methods are provided below. To carry out the general method, (1) select the appropriate drug, (2) produce an aqueous mixture containing most if not all of the desired drug, and (3) acidify the mixture, Possibly carbonated, (4) if necessary, adding other materials commonly used to produce paper products, and (5) the mixture after sufficient curing time to obtain the desired product properties. From paper products. Each of these steps is discussed in further detail below.

【0027】 1.薬剤の選択 a.セルロース材料 セルロース材料は、重量%の単位で見て、本複合体製品の主要な成分であり、
使用するセルロース材料は変更してよい。本発明の作業例では、広葉樹材と針葉
樹材とを含有する混合物を使用した。しかし、本発明は、新品の材料、リサイク
ル材料、化学パルプ、機械パルプ、リグニンを含有する化学機械的パルプを問わ
ず、紙製品を生成させるのに通常使用されるすべてのセルロース材料を用いて実
施できることを理解するべきである。添加するセルロース材料の量は、一般的に
は、特定製品の生成に使用する更なる所望材料を考慮した後の、複合体製品の残
量である。
1. Drug Selection a. Cellulose material Cellulose material, in terms of weight percent, is a major component of the composite product,
The cellulosic material used may vary. In the working example of the present invention, a mixture containing hardwood and softwood was used. However, the present invention can be practiced with all cellulosic materials commonly used to produce paper products, whether new, recycled, chemical, mechanical, or lignin-containing pulp. You should understand what you can do. The amount of cellulosic material added is generally the balance of the composite product after considering the additional desired materials used to produce the particular product.

【0028】 b.無機物網目構造用材料 本発明の製品を生成させるのに使用する第二の材料(あるいは複数種の材料)
は、無機物網目構造の生成用の材料(あるいは複数種の材料)である。多数の無
機物網目構造が有用であるように見え、本発明はこうしたすべての無機物網目構
造に関連する。本方法の作業例では、シリカ、ケイ酸塩およびアルミノケイ酸塩
を含有する無機物網目構造を有する紙製品を生産した。これらの材料は、無機物
網目構造の生成についての化学的法則の可能性と共に、以下に更に詳細に議論す
る。本発明製品の生成に有用な無機物網目構造の他の例は、酸化ボロン、酸化ア
ルミニウム、シリコホスフェート、シリコアルミノホスフェートおよびこれらの
混合物がある。 ケイ酸塩網目構造は、一般的には、I族金属のケイ酸塩、特にケイ酸ナトリウ
ムを含有する混合物を処理することによって、本方法によって生成する。アルミ
ノケイ酸塩は、I族金属のケイ酸塩を使用し、このケイ酸塩材料をアルミニウム
化合物、例えば硫酸アルミニウム(alum)と反応させることによって、生成
する。アルミノケイ酸塩を含有する複合体製品の生成について、更に図3を参照
しつつ説明する。
B. Inorganic network structural material Second material (or materials) used to make the product of the present invention
Is a material (or a plurality of types of materials) for forming an inorganic network structure. A number of mineral networks appear to be useful, and the present invention relates to all such mineral networks. In the working example of the method, a paper product having an inorganic network containing silica, silicate and aluminosilicate was produced. These materials are discussed in further detail below, along with possible chemical laws for the formation of an inorganic network. Other examples of inorganic networks useful in forming the products of the present invention include boron oxide, aluminum oxide, silicophosphate, silicoaluminophosphate and mixtures thereof. The silicate network is generally produced by the present method by treating a mixture containing a Group I metal silicate, especially sodium silicate. Aluminosilicates are formed by using a silicate of a Group I metal and reacting the silicate material with an aluminum compound such as aluminum sulfate (alum). The production of a composite product containing an aluminosilicate will be further described with reference to FIG.

【0029】 本複合体製品について生成した無機物網目構造の量は、典型的には、この製品
を製造するために添加される出発薬剤の量に対して特定される。この無機物網目
構造は、一般的には、セルロース材料に比べて高価ではない。この結果、本複合
体製品のうち無機物網目構造に由来する部分は、複合体製品の所望の特性を犠牲
にすることなしに、可能な限り高くするべきである。この量は、生産すべき製品
の量によって変化する。例示のみのために、現在のところ考えられるところでは
、添加すべき無機物網目構造前駆体の料は、再び複合体のオーブン乾燥した固形
分重量に基づいて、約0.1−%−約60%であるべきであり、好ましくは約1
%−約40%であり、一層好ましくは約2%−約20%である。
[0029] The amount of mineral network produced for the composite product is typically specified relative to the amount of starting agent added to make the product. This inorganic network is generally less expensive than cellulosic materials. As a result, the portion of the composite product derived from the inorganic network should be as high as possible without sacrificing the desired properties of the composite product. This quantity depends on the quantity of product to be produced. By way of example only, at present, it is believed that the inorganic network precursor material to be added may be from about 0.1-% to about 60%, again based on the oven dried solids weight of the composite. Should preferably be about 1
%-About 40%, more preferably about 2%-about 20%.

【0030】 複合体製品へと添加する特定の材料の量も、紙製品を燃焼させることで生成す
る灰分の割合に対して特定できる。製紙用のセルロースおよび他の有機材料は、
燃焼すると気体状産物、主として二酸化炭素と水を生成するが、無機物添加剤(
色素および充てん剤)の燃焼産物は残留し、灰分を生ずる。この結果、本複合体
製品を生成するセルロース以外の無機物材料の量は、本セルロース製品の燃焼に
よって生ずる灰分の量の百分率比として特定できる。本発明によって製造した製
品の全灰分含量は、約0.1%から約60%の範囲内であり、典型的には約1%
から約40%の範囲内であり、好ましくは約2%から約35%の範囲内である。
無機物網目構造が寄与したこの灰分の量は、約1%から約100%である。現在
のところ、無機物網目構造を生成させる上で、三種類の組成物と、これらの組成
物の処理方法、Ca−FLOCC、Mg−FLOCCおよびSi−FLOCC法
とが存在している。これらの各々を別々に説明する。
The amount of a particular material added to the composite product can also be specified relative to the proportion of ash produced by burning the paper product. Cellulose and other organic materials for papermaking are:
On combustion, it produces gaseous products, mainly carbon dioxide and water, but with inorganic additives (
The products of combustion of the pigments and fillers remain, producing ash. As a result, the amount of inorganic material other than cellulose that forms the present composite product can be specified as a percentage ratio of the amount of ash generated by combustion of the present cellulose product. The total ash content of products made according to the present invention is in the range of about 0.1% to about 60%, typically about 1%.
To about 40%, preferably from about 2% to about 35%.
The amount of this ash contributed by the mineral network is from about 1% to about 100%. At present, there are three types of compositions and methods of treating these compositions, Ca-FLOCC, Mg-FLOCC, and Si-FLOCC methods for producing an inorganic network structure. Each of these will be described separately.

【0031】 i.Ca−FLOCC法 Ca−FLOCC法は、繊維の存在下に無機物網目構造を完全に重合させるこ
とによって、繊維のまわりに無機物網目構造を生成させるための主要方法である
。Ca−FLOCC法を実施するのに有用と見られる組成物は、II族金属、特
にCa2+の源、特にCaOと、I族金属のケイ酸塩の源、例えばケイ酸ナトリウ
ム、ケイ酸カリウムおよびケイ酸リチウム、特にケイ酸ナトリウムと、繊維とを
含有している。硝酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、ハロゲン化アルミニウム
塩および硫酸アルミニウムのようなアルミニウム源を添加してアルミノケイ酸塩
を生成させることができる。次いで、この混合物をセルロースと結合し、酸性化
する。ケイ酸塩を酸性化するための現在のところ好ましい方法は、ドライアイス
を添加して混合物を炭酸処理するか、あるいは水性混合物に二酸化炭素ガスをバ
ブリングして通すことである。 これらの材料の相対量は、以下のとおりである。40−95%、好ましくは6
0−80%の繊維:0.5−35%、好ましくは約2%から約15%のケイ酸ナ
トリウム:0.5−35%、好ましくは約2%から約15%の水酸化カルシウム
。充分な量の二酸化炭素を添加して、約7から約9、好ましくは約8.0のpH
を得る。
I. Ca-FLOCC Method The Ca-FLOCC method is the primary method for producing an inorganic network around a fiber by completely polymerizing the inorganic network in the presence of the fiber. Compositions which may be useful in performing the Ca-FLOCC process include sources of Group II metals, especially Ca 2+ , especially CaO, and sources of silicates of Group I metals, such as sodium silicate, potassium silicate And lithium silicate, especially sodium silicate, and fibers. Aluminum sources such as aluminum nitrate, aluminum acetate, aluminum halide salts and aluminum sulfate can be added to form aluminosilicates. This mixture is then combined with the cellulose and acidified. The presently preferred method for acidifying the silicate is to add dry ice and carbonate the mixture, or bubbling carbon dioxide gas through the aqueous mixture. The relative amounts of these materials are as follows: 40-95%, preferably 6
0-80% fiber: 0.5-35%, preferably about 2% to about 15% sodium silicate: 0.5-35%, preferably about 2% to about 15% calcium hydroxide. Add a sufficient amount of carbon dioxide to obtain a pH of about 7 to about 9, preferably about 8.0.
Get.

【0032】 ii.Mg−FLOCC法 Mg−FLOCCプロセスによって紙製品を生成させるのに有用と見られる組
成物は、II族の金属、好ましくはMg2+の源、例えばMgOと、I族の金属、
例えばナトリウム、カリウムまたはリチウムのケイ酸塩の源、特にはケイ酸ナト
リウムの、水性の組成物からなる。硫酸塩アルミニウムのようなアルミニウム化
合物をも添加することによって、アルミノケイ酸塩を生成させることができる。
次いでこの組成物を、好ましくは気体状二酸化炭素を添加することによって酸性
化する。 Ca−FLOCC法とは対照的に、この反応混合物の重合反応あるいはゲル化
は、部分的には繊維の存在の外側で実施できる。しかし、本反応混合物は、典型
的には、繊維の存在下で重合反応を継続する。 Mg−FLOCC法用の組成物に用いる複数の成分の相対量について、典型的
には、I族金属のケイ酸塩の量に対して述べると以下のとおりである。I族金属
のケイ酸塩の量は、添加した水の量に対してケイ酸ナトリウムとして約1%から
約7%であり、好ましくは約3.5%である。Mg2+の化合物は約0.05重量
%から約10重量%であり、好ましくは約0.25重量%から約0.3重量%で
ある。アルミニウムが望まれる場合には、そのときにはアルミニウム源(例えば
硫酸アルミニウム)を、ケイ酸塩1グラムについて,0グラムより多く、約0.
4グラムまでの量を添加するべきであり、約0.15から約0.2グラムのアル
ミニウム源が好ましい。次いでこの混合物を、好ましくは炭酸処理によって、約
7から9のpH、好ましくは約7−8のpHへと酸性化する。
Ii. Mg-FLOCC Process Compositions that are found to be useful for forming paper products by the Mg-FLOCC process include a source of a Group II metal, preferably Mg2 + , such as MgO, a Group I metal,
It consists of an aqueous composition, for example of a sodium, potassium or lithium silicate source, in particular sodium silicate. Aluminosilicates can be formed by adding also aluminum compounds such as aluminum sulfate.
The composition is then acidified, preferably by adding gaseous carbon dioxide. In contrast to the Ca-FLOCC method, the polymerization or gelling of the reaction mixture can be performed partially outside the presence of the fibers. However, the reaction mixture typically continues the polymerization reaction in the presence of the fiber. The relative amounts of the plurality of components used in the composition for the Mg-FLOCC method are typically as follows with respect to the amount of the group I metal silicate. The amount of Group I metal silicate is from about 1% to about 7%, preferably about 3.5%, as sodium silicate, based on the amount of water added. The Mg 2+ compound is from about 0.05% to about 10% by weight, preferably from about 0.25% to about 0.3% by weight. If aluminum is desired, then an aluminum source (e.g., aluminum sulfate) may be added in an amount greater than 0 grams and about 0.
Up to 4 grams should be added, with about 0.15 to about 0.2 grams of the aluminum source being preferred. The mixture is then acidified, preferably by carbonation, to a pH of about 7 to 9, preferably about 7-8.

【0033】 iii.Si−FLOCC法 Si−FLOCCプロセスによって紙製品を生成させるのに有用と見られる組
成物は、ケイ酸塩の源、例えばケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウムまたはケイ酸
リチウム、特にはケイ酸ナトリウム含有する水性組成物からなる。硫酸アルミニ
ウムのようなアルミニウム化合物も同様に添加し、アルミニウムケイ酸塩を生成
させることができる。次いで、この組成物を、好ましくは気体状二酸化炭素の添
加によって、約7−9のpH、好ましくは約7−8のpHまで酸性化する。使用
するケイ酸塩の量は変化することがある。しかし、現在考えられるところによる
と、約1%から約7%のケイ酸ナトリウム、好ましくは約2%から約3%のケイ
酸ナトリウムが、Si−FLOCCプロセスの実施に対して好適な材料の量であ
る。更には、硫酸アルミニウムのようなアルミニウム化合物を添加する場合には
、そのときはケイ酸塩1グラム当たり約0から約0.4グラムのアルミニウム化
合物(硫酸アルミニウム)を使用する。
Iii. Si-FLOCC Process Compositions that appear to be useful for forming paper products by the Si-FLOCC process contain a source of silicate, such as potassium silicate, sodium silicate or lithium silicate, especially sodium silicate. Consists of an aqueous composition. Aluminum compounds such as aluminum sulphate can likewise be added to form aluminum silicates. The composition is then acidified to a pH of about 7-9, preferably about 7-8, preferably by the addition of gaseous carbon dioxide. The amount of silicate used can vary. However, it is currently contemplated that about 1% to about 7% sodium silicate, preferably about 2% to about 3% sodium silicate, will provide an amount of material suitable for performing the Si-FLOCC process. It is. Further, if an aluminum compound such as aluminum sulfate is added, then about 0 to about 0.4 grams of aluminum compound (aluminum sulfate) is used per gram of silicate.

【0034】 c.充てん剤 また、紙製品を生成させる際に通常使用されている充てん剤材料も、本発明の
複合体製品を生成させるのに使用できる。紙製品の生成に有用な既知のあるいは
今後開発されるであろうあらゆる充てん剤も、本発明による複合体製品の製造に
一般的に使用できる。現在のところ好ましい充てん剤は、炭酸カルシウムであり
、特には沈降炭酸カルシウム(PCC)である。沈降炭酸カルシウムは、市販の
沈降炭酸カルシウムを使用して複合体製品の生成の間に複合体製品へと直接に添
加することができ、あるいは、インシチュで、即ちセルロース材料の存在下に本
複合体製品の生成の間に沈降炭酸カルシウムを生成させることができ、あるいは
その双方であってよい。 本複合体製品を生成するのに使用される充てん剤の量も、変更してよい。本発
明の作業例では、複合体製品のオーブン乾燥後の固形分重量に対して、約1%か
ら約50%の充てん剤、特には沈降炭酸カルシウムを添加し、典型的には、約3
%から約35%であり、好ましくは約5%から約30%である。
C. Fillers Filler materials commonly used in forming paper products can also be used to form the composite products of the present invention. Any known or later developed filler useful for the production of paper products can also be generally used in the manufacture of composite products according to the present invention. A currently preferred filler is calcium carbonate, especially precipitated calcium carbonate (PCC). Precipitated calcium carbonate can be added directly to the composite product during formation of the composite product using commercially available precipitated calcium carbonate, or the composite can be added in situ, i.e., in the presence of a cellulosic material. Precipitated calcium carbonate can be produced during the production of the product, or both. The amount of filler used to make the composite product may also vary. In the working example of the present invention, about 1% to about 50% of filler, especially precipitated calcium carbonate, is added, based on the oven dried solids weight of the composite product, typically about 3%.
% To about 35%, preferably about 5% to about 30%.

【0035】 d.II族の金属塩基または塩 上記したように、Ca−FLOCCおよびMg−FLOCCプロセスでは、典
型的には、II族の金属の塩基および塩、特に酸化カルシウム(CaO)のよう
なカルシウム塩基および酸化マグネシウム、およびCa(OH)2 およびMg (OH)2 のようなこれと化学的に同等の材料を含有している。こうした材料 は、I族金属のケイ酸塩試薬からのII族金属の対イオンを有する無機物網目構
造の生成とか、あるいはPCCのような充てん剤のインシチュでの生成といった
、幾つかの理由から添加している。現在のところ好ましい解決法は、II族の金
属の塩基または塩を添加してインシチュで無機網目構造と充てん剤とを生成させ
、また市販の充てん剤、例えば市販のPCCを添加することである。本発明の作
業例に対して添加するII族金属の塩基または塩の量は、所望の結果に依存して
、使用するI族の金属のケイ酸塩の量と等量に対して少なくとも少量、等量およ
び多量であった。
D. Group II Metal Bases or Salts As noted above, Ca-FLOCC and Mg-FLOCC processes typically involve bases and salts of Group II metals, especially calcium bases such as calcium oxide (CaO) and magnesium oxide. And chemically equivalent materials such as Ca (OH) 2 and Mg (OH) 2 . Such materials may be added for several reasons, such as the formation of a mineral network with a Group II metal counterion from a Group I metal silicate reagent, or the in situ formation of a filler such as PCC. ing. A currently preferred solution is to add a base or salt of a Group II metal to form the inorganic network and the filler in situ, and to add a commercially available filler such as commercially available PCC. The amount of Group II metal base or salt added to the working examples of the present invention, depending on the desired result, is at least small relative to the amount of Group I metal silicate used, Equivalent and abundant.

【0036】 e.他の添加剤 セルロース製品の生成に通常使用されている他の材料も、本発明の複合体製品
の生成に使用できる。こうした材料の例としては、デンプン、保持助剤、殺虫剤
、殺菌剤、増白剤、サイジング剤、色素、染料、強度向上性重合体、硫酸アルミ
ニウム、他の充てん剤および色素(酸化チタン、クレー、タルク等)およびこれ
らの混合物があるが、これらに限定されない。これらの材料は、セルロース製品
の特定の特性を向上させるために所定量添加し、この量は、特定製品の生産に対
応して最良の量を決定する。
E. Other Additives Other materials commonly used to make cellulosic products can also be used to make the composite products of the present invention. Examples of such materials include starch, retention aids, insecticides, fungicides, brighteners, sizing agents, pigments, dyes, strength enhancing polymers, aluminum sulfate, other fillers and pigments (titanium oxide, clay). , Talc, etc.) and mixtures thereof, but are not limited thereto. These materials are added in predetermined amounts to improve certain properties of the cellulosic product, and this amount determines the best amount for the production of the particular product.

【0037】 本方法で製造する紙の作業例では、カチオン性およびアニオン性の双方の保持
系がしばしば含まれる。例えば、カチオン性の「percol 175」、アニオン性の「
percol122LE 」、「Organopol 21」、「Hydrocol O」およびこれらの混合物をふ
含む、多数の保持系を使用する。現在のところ、好ましい保持系には、「Organo
pol 21」および「Hydrocol O」が含まれる。充分な量のこれらの材料を、本製品
の製造用の充てん剤および他の材料の保持を向上させるために添加する。現在考
えられるところによると、約0ポンド/トンから約16ポンド/トンまでの「Hy
drocol O」、好ましくは約8ポンド/トンの「Hydrocol O」、および約0.05
ポンド/トンから約2ポンド/トンの「Organopol 21」、好ましくは約0.4ポ
ンド/トンの「Organopol 21」によって、紙製品の作業例を提供している。
In the working example of paper produced by this method, both cationic and anionic retention systems are often included. For example, cationic “percol 175”, anionic “
A number of retention systems are used, including "percol122LE", "Organopol 21", "Hydrocol O" and mixtures thereof. Currently, preferred retention systems include "Organo
pol 21 "and" Hydrocol O ". Sufficient amounts of these materials are added to improve the retention of fillers and other materials for the manufacture of the product. According to current thinking, "Hy from about 0 pounds / ton to about 16 pounds / ton.
drocol O ", preferably" Hydrocol O "of about 8 pounds / ton, and about 0.05
Working examples of paper products are provided by "Organopol 21" from pounds / ton to about 2 pounds / ton, preferably "Organopol 21" at about 0.4 pounds / ton.

【0038】 2.水性混合物の生成 いったん適切な薬剤を選択すると、次のステップは、これらの薬剤の幾つか、
あるいはすべてを含有する水性混合物を生成させることである。現在のところ好
ましい方法では、(1)約0.1%から約20%、典型的には約1%から約16
%、好ましくは約2%から約12%、一層好ましくは約2.5%から約11%の
濃度で、セルロース材料を含有し;(2)通常はすべての実施例で後で添加され
る、PCCのような充てん剤材料を含有し(充てん剤もまた後で添加できるけれ
ども);および(3)必要に応じてCa−FLOCC法およびMg−FLOCC
法用のII族の金属の塩基または塩を含有する、水性混合物を生成させる。次い
でこの混合物を攪拌し、良く混合した組成物を得る。、このあとに、I族金属の
ケイ酸塩を含有する水溶液を、この水性混合物へと攪拌しながら添加する。
[0038] 2. Production of aqueous mixture Once the appropriate drugs have been selected, the next step is to select some of these drugs,
Or to produce an aqueous mixture containing everything. Currently preferred methods include (1) about 0.1% to about 20%, typically about 1% to about 16%.
%, Preferably from about 2% to about 12%, more preferably from about 2.5% to about 11%, containing a cellulosic material; (2) usually added later in all examples; Contains filler material such as PCC (although fillers can also be added later); and (3) Ca-FLOCC method and Mg-FLOCC as needed
An aqueous mixture is formed which contains the base or salt of the formal Group II metal. This mixture is then stirred to obtain a well-mixed composition. Thereafter, an aqueous solution containing the silicate of the Group I metal is added to this aqueous mixture with stirring.

【0039】 D.混合物の酸性化、好ましくは炭酸処理 次の一般的工程は、本混合物を酸性化することであり、好ましくは炭酸処理す
ることである。本混合物を炭酸処理することは、実質的には混合物の酸性化の特
定例であることに注意するべきである。なぜなら、水性系中へと炭酸処理剤を添
加すると、酸の添加を誘起するか、あるいはインシチュでこうした酸の生成をも
たらすからである。
D. Acidification of the mixture, preferably carbonation The next general step is to acidify the mixture, preferably carbonation. It should be noted that carbonation of the mixture is essentially a specific example of acidification of the mixture. This is because the addition of a carbonating agent into an aqueous system will either induce the addition of the acid or result in the generation of such an acid in situ.

【0040】 混合物の炭酸処理は、種々の方法、例えば炭酸の添加やドライアイス等の添加
によって実施できる。現在のところ好ましい炭酸処理法は、混合物に二酸化炭素
をバブリングすることである。これによって炭酸が生成し、次いで炭酸が混合物
の成分と反応し、シリカ/ケイ酸塩網目構造を生成する。本発明の作業例では、
二酸化炭素を収容するガスシリンダーへとガス拡散チューブを合わせることによ
って、混合物を炭酸処理した。下記の「連続処理装置の記載」を参照。この拡散
チューブを水性混合物中へと挿入する。二酸化炭素ガスを、拡散チューブを通し
て混合物中へと約0.5−80psiの圧力で導入する。この炭酸処理工程を充
分に長い時間継続することによって、そのpHを最初の約10−12のpHから
最後の約7−9のpHへ低下させる。
The carbonation of the mixture can be carried out by various methods, for example, by adding carbonic acid or dry ice. The currently preferred carbonation method is to bubble the mixture with carbon dioxide. This produces carbonic acid, which then reacts with the components of the mixture to produce a silica / silicate network. In the working example of the present invention,
The mixture was carbonated by fitting the gas diffusion tube to a gas cylinder containing carbon dioxide. See "Description of continuous processing equipment" below. The diffusion tube is inserted into the aqueous mixture. Carbon dioxide gas is introduced through the diffusion tube into the mixture at a pressure of about 0.5-80 psi. By continuing the carbonation step for a sufficiently long period of time, the pH is lowered from an initial pH of about 10-12 to a final pH of about 7-9.

【0041】 4.シリカ/ケイ酸塩網目構造以外の無機物網目構造を有する製品の生成 上記の一般的プロセスの各工程は、一般的なCa−FLOCC、Mg−FLO
CCおよびSi−FLOCCプロセスによる複合体製品の生成に特に関係するも
のであることが理解されるべきである。もし異なる無機物網目構造を使用して製
品を生成させる場合には、これらの方法の各工程は変化する。例えば、無機物網
目構造がアルミノケイ酸塩網目構造である場合には、そのときはアルミニウムを
含有する薬剤、例えば硫酸アルミニウムも、I族の金属のケイ酸塩からなる薬剤
よりも重量百分率比で少なく、あるいは等量で、あるいは過剰に添加する。硫酸
アルミニウムは、I族の金属のケイ酸塩からなる薬剤が過剰な強度に対して、現
在のところ少ないことが好適である。例3を参照。
[0041] 4. Production of Products Having an Inorganic Network Other Than a Silica / Silicate Network Each step of the general process described above involves the steps
It should be understood that it is particularly relevant to the production of composite products by CC and Si-FLOCC processes. If a different mineral network is used to produce the product, the steps of these methods will vary. For example, if the inorganic network is an aluminosilicate network, then the agent containing aluminum, e.g., aluminum sulfate, is also less in weight percentage than the agent comprising a Group I metal silicate, Alternatively, add in an equal amount or in excess. It is preferred that the aluminum sulphate is presently low in agent comprising a Group I metal silicate for excessive strength. See Example 3.

【0042】 5.硬化時間 一つの動作原理へと本発明を制限するものではないが、現在考えられるところ
では、本複合体製品において望ましい特性は、少なくとも部分的には無機物網目
構造の生成に由来する。比較的に高い充てん剤量と好適な裂断長とのような、所
望の特性を有する複合体製品をもたらすのに充分な量の無機物網目構造を生成さ
せるには、完了にいくらかの時間が必要である。
[0042] 5. Curing Time Without limiting the invention to a single operating principle, it is presently contemplated that desirable properties in the present composite product result, at least in part, from the formation of an inorganic network. Some time is required to complete to produce a sufficient amount of mineral network to provide a composite product with the desired properties, such as relatively high filler loading and suitable breaking length. It is.

【0043】 本複合体製品を生成させるのに必要な時間は、明らかに無機物網目構造の生成
に必要な時間に主として依存しているが、本明細書で「硬化」時間と呼ぶ。この
硬化時間は、多数の因子に応じて変化し得る。因子としては、無機物網目構造の
組成、網目構造が生成する状態、所望の製品特性をもたらすために生成させなけ
ればならない無機物網目構造の度合い、pH、温度、攪拌速度等が挙げられるが
、これらには限定されない。単に例示としては、現在考えられるところによると
、本発明のCa−FLOCC法による製品は、約1−約50時間、典型的には、
約5−約45時間、好ましくは約10−約45時間の硬化時間を用いて生成する
ことができる。しかし、最長硬化時間は、ビジネス上の理由から決定されそうな
ことが理解されるべきである。即ち、上記した時間よりも長い時間の間待機する
というビジネスコストの問題である。一方、最短硬化時間は、充分な量の無機物
網目構造が生成するかどうかに、より依存している。そして、重合反応プロセス
(ゲル化)プロセスは、サブコロイド段階では停止せず、むしろ繊維材料のまわ
りに無機物網目構造が生成するまで進行し得る。
The time required to produce the composite product obviously depends primarily on the time required to produce the mineral network, but is referred to herein as the "cure" time. This cure time can vary depending on a number of factors. Factors include the composition of the inorganic network, the state in which the network is formed, the degree of the inorganic network that must be generated to provide the desired product properties, pH, temperature, stirring speed, and the like. Is not limited. By way of example only, and as currently contemplated, a Ca-FLOCC product of the present invention may be used for from about 1 to about 50 hours, typically
It can be produced using a cure time of about 5 to about 45 hours, preferably about 10 to about 45 hours. However, it should be understood that the longest cure time is likely to be determined for business reasons. That is, there is a problem of business cost of waiting for a longer time than the above-mentioned time. On the other hand, the shortest cure time is more dependent on whether a sufficient amount of the inorganic network is formed. And, the polymerization reaction process (gelling) process does not stop at the sub-colloid stage, but rather can proceed until an inorganic network is formed around the fibrous material.

【0044】 Mg−FLOCCおよびSi−FLOCC法を実施する際には、繊維の存在の
外側で組成物の生成を開始させることができる。本重合反応は、酸性化によって
開始する。もし酸性化された組成物を繊維へと添加するのが早過ぎると、その場
合には得られた紙製品が所望の特性を有するに至らない。 しかし、上記した濃度では、Mg−FLOCCおよびSi−FLOCC法によ
る組成物が生成し、次いで少なくとも数日間にわたって貯蔵した後に、セルロー
スと結合させる。従って、Mg−FLOCCおよびSi−FLOCC法による組
成物は、15分間よりも長時間にわたって、好ましくは約30分間もの間にわた
って、硬化させるべきであるように思えるが、しかしこの後にMg−FLOCC
およびSi−FLOCC法による組成物をセルロースと結合させるための時間は
、著しく変動することがある。
When performing the Mg-FLOCC and Si-FLOCC methods, the formation of the composition can be initiated outside the presence of the fibers. This polymerization reaction is started by acidification. If the acidified composition is added to the fibers too early, the resulting paper product will not have the desired properties. However, at the concentrations described above, compositions according to the Mg-FLOCC and Si-FLOCC methods are formed and then combined with the cellulose after storage for at least several days. Thus, it appears that compositions according to the Mg-FLOCC and Si-FLOCC methods should be cured for longer than 15 minutes, preferably for as long as about 30 minutes, but after this time the Mg-FLOCC
And the time for the Si-FLOCC composition to be combined with the cellulose can vary significantly.

【0045】 6.セルロース製品の生成 次の工程は、セルロース製品を、通常の手段、例えば抄紙機を使用して生成さ
せることである。本発明で製造した紙製品の作業例では、実験室的な手すき装置
と実験規模の機械ずき製紙装置との双方を使用した。紙シートの生成に関する更
なる詳細は、実施例で述べている。以下の部分では、FLOCC組成物を連続的
に生成させるのに有用な装置の一例を記載する。
6 Production of Cellulose Product The next step is to produce the cellulosic product using conventional means, for example using a paper machine. In the working example of the paper product manufactured according to the present invention, both a laboratory handrailing device and an experimental scale mechanical papermaking device were used. Further details regarding the generation of paper sheets are given in the examples. The following section describes an example of an apparatus useful for continuously producing a FLOCC composition.

【0046】 B.無機物材料を連続的に生成させるための装置 図12は、上記した繊維スラリー中の充てん剤として充分な、FLOCCと呼
ばれるゲル化生成物を連続的に生成させるための装置のブロック図である。好ま
しくは、ケイ酸塩源100および硫酸アルミニウム源102によって、それぞれ
、ケイ酸塩溶液と硫酸アルミニウム溶液とを、ミキサー104中へと供給し、ミ
キサーでこれらの溶液を混合し、均一な反応混合物を得る。あるいは、この反応
混合物は、硫酸アルミニウム溶液がなく、ケイ酸塩溶液を含有させてよい。次い
で、炭酸処理装置106によって、炭酸ガスを炭酸ガス源108から反応混合物
中へと拡散させる。次いで、この反応混合物は硬化装置110を通過し、ここで
混合物が重合し、架橋し、ゲルを生成する。次いで、このゲル化したFLOCC
と呼ばれる生成物を、繊維スラリー中へと、抄紙機のファンポンプの吸引側で供
給する(図11参照の抄紙機の概略図のファンポンプ30を参照)。
B. Apparatus for Continuously Generating Inorganic Material FIG. 12 is a block diagram of an apparatus for continuously generating a gelling product called FLOCC, which is sufficient as a filler in the above-mentioned fiber slurry. Preferably, a silicate solution and an aluminum sulfate solution are fed by a silicate source 100 and an aluminum sulfate source 102, respectively, into a mixer 104, where the solutions are mixed and a uniform reaction mixture is formed. obtain. Alternatively, the reaction mixture may be free of the aluminum sulfate solution and contain a silicate solution. Next, carbon dioxide is diffused from the carbon dioxide gas source 108 into the reaction mixture by the carbon dioxide treatment device 106. The reaction mixture then passes through a curing device 110 where the mixture polymerizes, crosslinks, and forms a gel. Next, the gelled FLOCC
Is fed into the fiber slurry on the suction side of the fan pump of the paper machine (see fan pump 30 in the schematic diagram of the paper machine in FIG. 11).

【0047】 図13は、装置200の商業的に可能な実施形態を、一層詳細に概略図の形で
示すものである。本装置200は、ケイ酸塩源(図12のケイ酸塩源100を参
照)を構成する二種類の化学物質を交互に含有しており、これは好ましくはTO
TE202、204である。モーター206、208によってポンプ214、2
16に動力を与え、ポンプ214はケイ酸塩をTOTE202からくみ出し、ポ
ンプ216は他の化学物質をTOTE204からくみ出す。可能な商業的な実施
形態においては、モーター206、208は、ウォーケシャ社(Waukesh
a)から入手可能な1馬力のモーターである。モーター(本図面の全体にMと表
示)206、208を、液体流速指示制御装置210、212(FFICと呼ぶ
)によって制御する。好ましくは、ポンプ214からの流れのポンプ216から
の流れに対する割合は、これらが固体と液体とのいずれをくみ出している場合で
も、一定であり、これによってケイ酸塩混合物の組成が一定に維持される。また
、好ましくは、ポンプ214−216は、使用している間に脈動しない。本発明
の作業例においては、ポンプ214、216は、オハイオ州スプリングフィール
ドのロビンス アンド メイヤー社の支社であるモイノ(Moyno)社から入
手可能な500シリーズのポンプである。ポンプ214、216は、モイノ社か
ら入手可能な1000シリーズのポンプである。可能な商業的な実施形態におい
ては、ポンメ214、216はウォーケシャ社の容積ポンプである。これら二種
類のポンプ214、216にって、二種類の化学物質を一定比率あるいは割合で
混合する。装置200によってMg−FLOCCを生成させる実施形態において
は、これら二種類の化学物質は、酸化マグネシウム(MgO)およびケイ酸ナト
リウムである。あるいは、装置200によってSi−FLOCCを生成させる実
施形態においては、一種類の化学物質を導入してもよく、一種類のポンプのみが
必須である。
FIG. 13 shows a more commercially possible embodiment of the device 200 in more detail in schematic form. The apparatus 200 contains alternating two chemicals that make up the silicate source (see silicate source 100 in FIG. 12), which is preferably TO
TE 202, 204. Pumps 214, 2 by motors 206, 208
Powering 16, pump 214 pumps silicate out of TOTE 202 and pump 216 pumps out other chemicals from TOTE 204. In a possible commercial embodiment, the motors 206, 208 are powered by Waukesh.
1 hp motor available from a). Motors (indicated as M throughout the drawing) 206, 208 are controlled by liquid flow rate instruction controllers 210, 212 (referred to as FFIC). Preferably, the ratio of the flow from pump 214 to the flow from pump 216 is constant, whether they are pumping solids or liquids, thereby maintaining the composition of the silicate mixture constant. You. Also, preferably, the pumps 214-216 do not pulsate during use. In the working example of the present invention, pumps 214 and 216 are 500 series pumps available from Moyno, a branch of Robbins and Meyer Company, Springfield, Ohio. Pumps 214, 216 are 1000 series pumps available from Moino. In a possible commercial embodiment, the ponges 214, 216 are Waukesha positive displacement pumps. The two types of chemical substances are mixed at a fixed ratio or ratio by these two types of pumps 214 and 216. In an embodiment in which Mg-FLOCC is generated by device 200, these two chemicals are magnesium oxide (MgO) and sodium silicate. Alternatively, in an embodiment where the Si-FLOCC is generated by the device 200, one type of chemical may be introduced and only one type of pump is required.

【0048】 装置200によってMg−FLOCCを生成させる商業的に可能な実施形態に
おいては、ケイ酸塩とMgOとを、それぞれTOTE202、204から導管2
20、222を通して、予備ミキサ224を通して、予備混合タンク218中へ
とくみ入れる。装置200の各成分間で材料を導通させるのに使用する導管は、
以下では管路と呼ぶ。商業的に可能な実施形態においては、各管路220、22
2は、流量指示計226、228を備えており(図面の全体にFIと表記してい
る)、予備混合タンク218中へのケイ酸塩の流速を指示する。各管路220、
222は、好ましくは圧力緩和弁(図示せず)を備えている。この圧力緩和弁を
備えることが好ましい理由は、もしも閉塞が生じた場合には、ポンプ214、2
16によって管路のうちの一つが破裂するかもしれないからである。予備ミキサ
224では、ケイ酸塩とMgOを混合し、これによってMgOをケイ酸塩中に懸
濁する。予備ミキサ224は、「Komax 」静圧ミキサであってよい。
In a commercially feasible embodiment for producing Mg-FLOCC by the apparatus 200, silicate and MgO are supplied from TOTE 202, 204 via conduit 2, respectively.
20, 222, through the premixer 224 and into the premix tank 218. The conduits used to conduct the material between the components of the device 200 include:
Hereinafter, it is called a conduit. In a commercially feasible embodiment, each conduit 220, 22
2 has flow indicators 226, 228 (labeled FI throughout the drawing) to indicate the flow rate of silicate into the premix tank 218. Each conduit 220,
222 preferably comprises a pressure relief valve (not shown). The reason why it is preferable to provide this pressure relief valve is that if a blockage occurs, the pumps 214, 2
16 may cause one of the lines to burst. In the premixer 224, the silicate and the MgO are mixed, thereby suspending the MgO in the silicate. Premixer 224 may be a “Komax” static pressure mixer.

【0049】 商業的に可能な実施形態においては、予備混合タンク218は、液位トランス
デューサ230(図面においてLTと表記する)を備えている。この液位トラン
スデューサは、液位指示制御装置232(LICと表記)へと信号を発生し、こ
れが予備混合タンク218の液体の液位を指示する。 攪拌機234によってケイ酸塩溶液を予備混合タンク218内で攪拌し、この
溶液を均質に維持し、MgOを懸濁状態に維持する。攪拌機234は、好ましく
は、100−200cps(センチポイズ)の粘性溶液を攪拌する能力を持って
いる。商業的に可能な実施形態においては、攪拌機234は、「Lightnin model XJ-30 Heavy Duty Mixer」である。
In a commercially feasible embodiment, the premix tank 218 includes a level transducer 230 (denoted LT in the drawings). The liquid level transducer generates a signal to a liquid level indicating controller 232 (denoted LIC), which indicates the liquid level of the premix tank 218. The silicate solution is stirred by the stirrer 234 in the premix tank 218 to keep the solution homogeneous and keep the MgO in suspension. The agitator 234 preferably has the ability to agitate a viscous solution of 100-200 cps (centipoise). In a commercially available embodiment, the stirrer 234 is a "Lightnin model XJ-30 Heavy Duty Mixer".

【0050】 また、水も予備ミキサ224中へと供給することで、溶液がその所望の組成百
分率比を確実に保持するようにでき、これは適切な操業にとって致命的に重要で
ある。水は、ミルウオーター源236から発生する。水路238は、ミルウオー
ター源236から延びており、可変弁240(図面において閉じた半円に結合さ
れた弁記号によって表示してある)を備えている。これによって水路中の水の流
れを変化させる。水路238は、更に磁気流量計242(FEと表記)と、流量
トランスミッタ244(FTと表記)と、水路を流れる水の流れを指示する液体
流速指示制御装置246(FICと表記)とを備えている。 ケイ酸塩混合物は、予備混合タンク218の底から流れだし、管路252を通
って流れ、ポンプ258中へと流入する。脱水弁256(脱水弁と他の弁とは、
使用の間は典型的には閉鎖されているので、暗い弁記号によって表示する)は、
予備混合タンク218の近くで管路252へと流体的に結合されている。また、
管路252は、遮断弁258を備えている(遮断弁と、使用の間には典型的には
開放状態である他の弁とは、明るい弁記号によって表示してある)。
Water can also be fed into the premixer 224 to ensure that the solution retains its desired composition percentage ratio, which is critical to proper operation. Water is generated from the millwater source 236. A water channel 238 extends from the millwater source 236 and includes a variable valve 240 (indicated by a valve symbol coupled to a closed semicircle in the figure). This changes the flow of water in the channel. The water channel 238 further includes a magnetic flow meter 242 (denoted by FE), a flow transmitter 244 (denoted by FT), and a liquid flow rate instruction control device 246 (denoted by FIC) for indicating the flow of water flowing through the water channel. I have. The silicate mixture flows out of the bottom of the premix tank 218, flows through line 252, and flows into pump 258. Dehydration valve 256 (the dehydration valve and other valves
It is typically closed during use, so it is indicated by a dark valve symbol)
Close to premix tank 218 is fluidly coupled to line 252. Also,
Line 252 is provided with a shutoff valve 258 (the shutoff valve and other valves that are typically open during use are indicated by bright valve symbols).

【0051】 本発明の作業例においては、タンクは、ポンプ254に、上記したポンプおよ
び予備混合タンクを使用することなしに供給する。本作業例におけるこのタンク
は、攪拌機を備えており、タンクからポンプ254へと流れる管路を備えている
。 速度可変モーター260によってポンプ254を駆動する。モーター260は
、好ましくは、より大きいモーターであり、流量指示制御装置262(FIC)
によって制御されている。ポンプ254は、ケイ酸塩混合物を管路270を通し
てインラインミキサ272中へと供給する(図12のミキサ104を参照)。好
ましくは、ポンプ254は、固体か液体かのいずれかを問わず、同じ速度でくみ
出す。また、ポンプ254は、使用の間に脈動しないことが好ましい。また、作
業例では、ポンプ254は、モイノ社から入手可能な500シリーズのポンプで
あってよい。しかし、ポンプ254は、モイノ社から入手可能な1000シリー
ズのポンプであってよい。図13に示す商業的に可能な実施形態においては、ポ
ンプ254は好ましくはウォーカシャ社の容積ポンプである。また、商業的に可
能な実施形態においては、ポンプ254とインラインミキサ272との間の管路
270には、流量指示計274と、ポンプ254中への材料の逆流を防止する逆
流防止弁276(本図面で弁記号で表示してあり、流れの方向に伸びる線を更に
付けてある)とが設けられている。
In the working example of the present invention, the tank is supplied to pump 254 without using the pump and premix tank described above. This tank in the present working example is provided with a stirrer, and is provided with a pipeline flowing from the tank to the pump 254. The pump 254 is driven by the variable speed motor 260. The motor 260 is preferably a larger motor and the flow indication controller 262 (FIC)
Is controlled by Pump 254 feeds the silicate mixture through line 270 into in-line mixer 272 (see mixer 104 in FIG. 12). Preferably, the pump 254 pumps at the same rate, whether solid or liquid. Also, the pump 254 preferably does not pulsate during use. Also, in a working example, pump 254 may be a 500 series pump available from Moino. However, the pump 254 may be a 1000 series pump available from Moino. In the commercially available embodiment shown in FIG. 13, pump 254 is preferably a Walkersha displacement pump. Also, in a commercially feasible embodiment, a line 270 between the pump 254 and the in-line mixer 272 has a flow indicator 274 and a non-return valve 276 ( (Indicated by a valve symbol in the drawing, with a line extending in the direction of flow).

【0052】 溶液または混合物をポンプ278中へと供給する。好ましくは、溶液が硫酸ア
ルミニウムを含有している。好ましくは、ポンプ278が、固体であろうと液体
であろうと同じ速度でくみ出す。作業例においては、ポンプ278はベラバリス
タリックポンプである。しかし、ポンプ278はモイノ社から入手可能な500
シリーズのポンプであるか、あるいはモイノ社から入手可能な1000シリーズ
のポンプであるか、あるいは所望の特性を有する特定の他のポンプであってよい
。商業的に可能な実施形態においては、ポンプ278は、ウォーカシャ社の容積
ポンプであってよい。ポンプ278は、モーター280によって駆動されており
、モーターは流量指示制御装置282(FIC)によって制御されている。モー
ター280は、上記したモーター206、208、260と同じ型のものであっ
てよいが、1馬力のモーターが好ましい。ポンプ278は、溶液または混合物を
、管路284を通して、インラインミキサ272中へとくみ出し、ここでケイ酸
塩混合物と混合する。なぜなら、ポンプ254の流れとポンプ278の流れとの
間の比率が、得られた混合物中の組成を正確に維持するのに重要だからである。
作業例においては、硫酸アルミニウム源(図12参照:硫酸アルミニウム源10
2)は、ポンプ中へと供給するためのタンクである。商業的に可能な実施形態に
おいては、硫酸アルミニウム源(図12参照、硫酸アルミニウム源102)は、
TOTE286である。また、商業的に可能な実施形態においては、ポンプ27
8とインラインミキサ272との間の管路284は、流量指示計288と、逆流
防止弁290とを備えている。
The solution or mixture is fed into pump 278. Preferably, the solution contains aluminum sulfate. Preferably, pump 278 pumps at the same rate, whether solid or liquid. In a working example, the pump 278 is a Bellavaristaric pump. However, the pump 278 is a 500 available from Moino.
It may be a series pump, or a 1000 series pump available from Moino, or certain other pumps having the desired characteristics. In a commercially available embodiment, pump 278 may be a Walkersha displacement pump. The pump 278 is driven by a motor 280, which is controlled by a flow rate instruction controller 282 (FIC). Motor 280 may be of the same type as motors 206, 208, 260 described above, but is preferably a 1 hp motor. Pump 278 pumps the solution or mixture through line 284 into in-line mixer 272 where it mixes with the silicate mixture. The reason is that the ratio between the flow of the pump 254 and the flow of the pump 278 is important for accurately maintaining the composition in the resulting mixture.
In the working example, an aluminum sulfate source (see FIG. 12: aluminum sulfate source 10)
2) is a tank for supplying into a pump. In a commercially feasible embodiment, the aluminum sulfate source (see FIG. 12, aluminum sulfate source 102) comprises:
TOTE286. Also, in a commercially feasible embodiment, the pump 27
The line 284 between the flowmeter 8 and the in-line mixer 272 includes a flow indicator 288 and a check valve 290.

【0053】 商業的に可能な実施形態においては、ポンプ254とインラインミキサ272
との間の管路270、ポンプ278とインラインミキサ272との間の管路28
4は、それぞれ圧力緩和弁(図示せず)を備えている。ケイ酸塩溶液と硫酸アル
ミニウム溶液とは、管路中に閉塞する可能性があり、ポンプ254とポンプ27
8との双方が、こうした閉塞が生じた場合であっても同じ速度でくみ出し続ける
であろう。従って、この閉塞によって、装置200の内部で、短時間の間に著し
い圧力増加が引き起こされる可能性がある。圧力緩和弁を戦略的な位置に設ける
ことで、こうした圧力を必要に応じて緩和できる。 インラインミキサ272によって、ケイ酸塩混合物と硫酸アルミニウム源とを
共に混合し、これによって反応させ、均質な混合物を生成させる。あるいは、硫
酸アルミニウムをFLOCCへと添加しないような実施形態においては、インラ
インミキサ272を省略できる。作業例においては、インラインミキサ272は
、コフト社から入手可能な静圧インラインミキサ モデルNo.3/4−40−
3−12−2である。商業的に可能な実施形態においては、インラインミキサ2
72は、コマックス社の静圧ミキサであってよい。
In a commercially feasible embodiment, pump 254 and in-line mixer 272
And the line 28 between the pump 278 and the in-line mixer 272
Reference numerals 4 each include a pressure relief valve (not shown). The silicate solution and the aluminum sulfate solution may block in the pipeline, and the pump 254 and the pump 27
8 will continue to pump at the same rate even if such an occlusion occurs. Thus, this occlusion can cause a significant pressure increase within the device 200 in a short period of time. By providing pressure relief valves at strategic locations, such pressures can be relieved as needed. The silicate mixture and the aluminum sulphate source are mixed together by the in-line mixer 272 and thereby reacted to produce a homogeneous mixture. Alternatively, in embodiments where aluminum sulfate is not added to the FLOCC, the in-line mixer 272 can be omitted. In the working example, the in-line mixer 272 is a static pressure in-line mixer model no. 3 / 4-40-
3-12-2. In a commercially available embodiment, the in-line mixer 2
Reference numeral 72 may be a Comax static pressure mixer.

【0054】 FLOCCはインラインミキサ272から出て、管路を通して、炭酸処理装置
300(図12を参照、炭酸処理106)中へと供給される。商業的に可能な実
施形態においては、インラインミキサ272と炭酸処理装置300との間の管路
302には、圧力指示計304(本図面でPIで表示する)が設けられている。 炭酸処理装置300は、少なくとも一つの炭酸処理ユニット306を備えてお
り(図13の装置200は一つだけの炭酸処理ユニットを備えている。炭酸処理
ユニットの更なる詳細については、図14を参照)、各炭酸処理ユニットは、好
ましくは炭酸処理管路310を備えており、管路310が、炭酸ガスをケイ酸塩
混合物中へと拡散させる一連の拡散器312を接続している。好ましくは、炭酸
処理管路310は、FLOCCを攪拌するための一連のベンドを備えており、炭
酸ガスのケイ酸塩混合物中への拡散を補助する。多重pH指示計314(図面を
通してPHとして表示する)を、炭酸処理装置300内に配置し、ケイ酸塩混合
物のpHを監視する。
The FLOCC exits the in-line mixer 272 and is fed through a line into a carbonator 300 (see FIG. 12, carbonator 106). In a commercially available embodiment, a line 302 between the in-line mixer 272 and the carbonator 300 is provided with a pressure indicator 304 (indicated by PI in the present drawing). The carbonation device 300 comprises at least one carbonation unit 306 (the device 200 of FIG. 13 comprises only one carbonation unit. See FIG. 14 for further details of the carbonation unit). ), Each carbonation unit preferably comprises a carbonation line 310, which connects a series of diffusers 312 that diffuse carbon dioxide into the silicate mixture. Preferably, the carbonation line 310 includes a series of bends to agitate the FLOCC to assist in the diffusion of carbon dioxide into the silicate mixture. A multiple pH indicator 314 (denoted as PH throughout the drawing) is located in the carbonator 300 to monitor the pH of the silicate mixture.

【0055】 図14は、一連の拡散器312を備える炭酸処理ユニット306の作業例を示
す。図14に図示した作業例においては、炭酸処理ユニット306は8個の拡散
器を備えている。図示した実施形態においては、各「T」形のパイプ取付物は、
拡散器を収容するのに適合している。この「T」形のパイプ取付物は、流動的に
結合されており、炭酸処理管路310を形成している。各拡散器312の内部で
は、ケイ酸塩混合物が第一の開口316を通して入った後、流れの方向が90度
変化し、第二の開口318を通って流出する。この方向の変化によって、ケイ酸
塩混合物を攪拌し、拡散と混合とを助ける。炭酸ガスを第三の開口320を通し
て供給する。もし一連の八個の拡散器によっては炭酸ガスをケイ酸塩混合物中へ
と充分に拡散できない場合には、そのときにはより多くの拡散器を炭酸処理ユニ
ット306に付け加えることができ、あるいは、他の炭酸処理ユニットを、既存
の炭酸処理ユニット306と直列に炭酸処理装置300へと付け加えることがで
きる。インラインミキサ272のようなインラインミキサを、複数の炭酸処理ユ
ニットの間に付け加え、ケイ酸塩混合物を攪拌することができる。
FIG. 14 shows an example of the operation of the carbonation unit 306 with a series of diffusers 312. In the working example shown in FIG. 14, the carbonation unit 306 has eight diffusers. In the illustrated embodiment, each "T" shaped pipe fitting is:
Adapted to accommodate diffusers. This “T” shaped pipe fitting is fluidly connected and forms a carbonation line 310. Inside each diffuser 312, after the silicate mixture enters through the first opening 316, the flow direction changes 90 degrees and exits through the second opening 318. This change in direction stirs the silicate mixture and aids in diffusion and mixing. Carbon dioxide gas is supplied through the third opening 320. If carbon dioxide is not sufficiently diffused into the silicate mixture with a series of eight diffusers, then more diffusers can be added to carbonation unit 306, or other diffusers can be added. A carbonation unit can be added to the carbonation device 300 in series with the existing carbonation unit 306. An in-line mixer, such as in-line mixer 272, can be added between the carbonation units to agitate the silicate mixture.

【0056】 ここで図15を参照すると、作業例の炭酸ガス拡散器312が一層詳細に示さ
れている。炭酸ガス管路330は、第一のねじ切りナット332を通して延びて
おり、筒状バルクヘッド取付物334中へと、径の小さい第一の端部336を通
して延びている。バルクヘッド取付物334の第一の端部336は、好ましくは
、第一のナット332と係合するのに適合した外側へと伸びるねじを有している
。第一のナット332は、好ましくは、バルクヘッド取付物334の第一の端部
336上へとすべり嵌めされており、ガスケット338を押圧し、これによって
ガスケット338が炭酸ガス管路330上へと内側方向に加圧し、封止部分を形
成するようにする。「T」形のパイプ取付物に向かって戻ると、バルクヘッド取
付物334の第一の端部336は、ねじ切りプラグ344のラジアルウオール3
42中に形成された軸方向に伸びる開口340を通って伸びる。このねじ切りプ
ラグ344は、外側へと伸びるねじを備えており、これが「T」形のパイプ取付
物の開口320(図6参照)を包囲する前記ウオール上に形成された、内側へと
伸びるねじに係合する。バルクヘッド取付物334の第二の端部346が、外側
へと伸びるヘッドを形成しており、あるいはねじ切りプラグ内に配置されたフラ
ンジを形成している。環状ガスケット348は、好ましくはゴム製であるが、バ
ルクヘット取付物334の第二の端部346と、プラグ344のラジアルウオー
ル342との間に配置されている。
Referring now to FIG. 15, a working example carbon dioxide diffuser 312 is shown in greater detail. The carbon dioxide conduit 330 extends through the first threaded nut 332 and extends through the small diameter first end 336 into the cylindrical bulkhead fitting 334. The first end 336 of the bulkhead attachment 334 preferably has an outwardly extending thread adapted to engage the first nut 332. The first nut 332 is preferably slip fitted over the first end 336 of the bulkhead fitting 334 and presses the gasket 338, thereby causing the gasket 338 to move onto the carbon dioxide line 330. Pressure is applied inward to form a sealed portion. Returning toward the “T” shaped pipe fitting, the first end 336 of the bulkhead fitting 334 is connected to the radial wall 3 of the threaded plug 344.
It extends through an axially extending opening 340 formed in. The threaded plug 344 includes an outwardly extending thread that is adapted to inwardly extend the thread formed on the wall surrounding the "T" shaped pipe fitting opening 320 (see FIG. 6). Engage. A second end 346 of the bulkhead fitting 334 forms an outwardly extending head or forms a flange disposed within a threaded plug. Annular gasket 348, which is preferably made of rubber, is located between second end 346 of bulkhead fitting 334 and radial wall 342 of plug 344.

【0057】 ラジアルウオール342の反対側の側面へと戻ると、第二のナット350は、
バルクヘッド取付物334の第一の小径の端部336の外側へと伸びるねじへと
係合する。第二のナット350は、ねじ切りプラグ344のラジアルウオール3
42へと向かって固く締めつけられており、これによって第二のナットとバルク
ヘッド取付物334の第二の端部346とが、ねじ切りプラグのラジアルウオー
ル上へと締めつけられる。環状ガスケット348は、バルクヘッド取付物334
のラジアルウオール342と第二の端部346との間で加圧され、封止部分を形
成する。 「T」形のパイプ取付物へと更に戻ると、バルクヘッド取付物334の第二の
端部346は、内側へと伸びるねじ(図示せず)を形成する。フィルター360
は、第一の端部362を備えており、この外側へと伸びるねじが、バルクヘッド
取付物334の第二の端部346内に形成された内側へと伸びるねじと係合する
。フィルター360の多孔質の第二の端部364は、更に「T」形の取付物の中
へと延びている。好適な実施形態においては、フィルター360の第二の端部3
64中の開口の直径は、60ミクロンと110ミクロンとの間にある。多孔質フ
ィルター360は、「Capstan Permaflow No. FAP 100 F30 」真鍮製多孔質フィ
ルターであってよい。
Returning to the opposite side of the radial wall 342, the second nut 350
Engage a thread that extends outwardly of the first smaller diameter end 336 of the bulkhead fitting 334. The second nut 350 is the radial wall 3 of the threaded plug 344.
42, whereby the second nut and the second end 346 of the bulkhead fitting 334 are tightened onto the radial wall of the threaded plug. Annular gasket 348 is attached to bulkhead fitting 334.
Between the radial wall 342 and the second end 346 to form a sealed portion. Returning further to the "T" shaped pipe fitting, the second end 346 of the bulkhead fitting 334 forms an inwardly extending screw (not shown). Filter 360
Has a first end 362, the outwardly extending screw engaging an inwardly extending screw formed in the second end 346 of the bulkhead mount 334. The porous second end 364 of the filter 360 further extends into a “T” shaped fitting. In a preferred embodiment, the second end 3 of the filter 360 is
The diameter of the opening in 64 is between 60 and 110 microns. The porous filter 360 may be a “Capstan Permaflow No. FAP 100 F30” brass porous filter.

【0058】 操業時には、CO2 はCO2 ガス管路330から、バルクヘッド取付物33
4を通って、フィルター360中へと流れる。フィルター360は、CO2 を 細かい皺へと分離し、これが一層容易にケイ酸塩混合物中へと拡散する。CO2 のケイ酸塩混合物中への拡散は、液体を運ぶ管路中へと加圧されたガスを拡散
させる他の装置によっても達成できることは、理解されるべきである。 図13に戻ると、CO2 源(図12のCO2 源108を参照)は、好ましく
は、加圧ガス容器366であるか、あるいは気体の除去あるいは分配用のジュワ
ーびんである。可変弁368は、ガス容器366の出口に配置されている。ガス
容器366から伸びるガス管路370によって、並列に配置されている複数のガ
ス管路372中へと供給する。これらの並列配置されたガス管路372の各々は
、ソレノイド376(図面を通してSと表示してある)によって制御されている
可変弁374、流量計378、および逆流防止弁380を備えている。並列配置
されたガス管路372は、更に並列なガス管路へと分岐していてよく、この各々
によってCO2 を拡散器312へと供給する。
In operation, CO 2 is supplied from the CO 2 gas line 330 to the bulkhead fitting 33.
4 and into the filter 360. The filter 360 separates the CO 2 into fine wrinkles, which diffuse more easily into the silicate mixture. Diffusion into the silicate mixtures CO 2, it can be achieved by other devices for diffusing pressurized gas into the conduit in carrying the liquid should be understood. Returning to FIG. 13, the CO 2 source (see CO 2 source 108 in FIG. 12) is preferably a pressurized gas container 366 or a dewar for gas removal or distribution. The variable valve 368 is arranged at an outlet of the gas container 366. The gas is supplied into a plurality of gas lines 372 arranged in parallel by a gas line 370 extending from the gas container 366. Each of these side-by-side gas lines 372 includes a variable valve 374, a flow meter 378, and a non-return valve 380 controlled by a solenoid 376 (denoted as S throughout the drawing). The side-by-side gas lines 372 may branch into further parallel gas lines, each of which supplies CO 2 to the diffuser 312.

【0059】 ケイ酸塩混合物が炭酸処理装置300を通って進むのにつれて、CO2 のケ イ酸塩混合物中への拡散によって、ケイ酸塩混合物中での炭酸の生成が可能とな
る。次いで、この炭酸は、ケイ酸塩と反応し、ケイ酸塩混合物のpHを低下させ
、重合プロセスを加速させる。pHが低下するのにつれて、ケイ酸塩混合物の重
合反応によって最初に生成した硫酸アルミニウムが架橋し、これによってシリカ
粒子がゲルを生成する。しかし、ケイ酸塩混合物が炭酸処理装置300を離れる
ときには、抄紙機中へと供給する前に、最適量の架橋反応を生じさせるための硬
化時間が未だ必要である。 硬化装置400(図12の硬化装置110を参照)によって、FLOCCを充
分に架橋させる時間を可能とするが、しかし好ましくは硬化装置中でFLOCC
を攪拌し、これによって過度に固化し過ぎないようにする。本硬化装置400は
、好ましくは、硬化管路402、反応タンク404、およびランタンク406を
備えている。好ましくは、硬化装置400は、炭酸処理装置300から伸びる硬
化管路402から始まる。ケイ酸塩混合物または反応混合物を硬化管路402中
を移動させることによって、重合反応プロセスを生じさせる。商業的に可能な実
施形態においては、圧力指示計412およびpH指示計414も、硬化管路40
2中に配置する。圧力指示計412は、圧力緩和弁(図示せず)へと結合する。
pH指示計414は、好ましくは、ケイ酸塩混合物のpHを示すpH指示制御装
置(PHIC)416に信号を送る。このpH指示計からの電流416は、ソレ
ノイド376を制御するために送られ、ソレノイドによって炭酸処理装置300
中のCO2 管路372用の弁374を制御する。従って、CO2 の量は、ケイ
酸塩混合物のpHに依存して変化する。このようにして、装置200によって、
所望のpHを有するケイ酸塩混合物を生成させることができる。
As the silicate mixture travels through the carbonator 300, the diffusion of CO 2 into the silicate mixture allows for the production of carbonic acid in the silicate mixture. This carbonic acid then reacts with the silicate, lowering the pH of the silicate mixture and accelerating the polymerization process. As the pH decreases, the aluminum sulphate initially formed by the polymerization reaction of the silicate mixture crosslinks, causing the silica particles to gel. However, when the silicate mixture leaves the carbonator 300, a cure time is still required to cause an optimal amount of crosslinking reaction before feeding into the paper machine. The curing device 400 (see curing device 110 in FIG. 12) allows time for the FLOCC to fully crosslink, but preferably the FLOCC in the curing device.
To ensure that it does not over-solidify. The main curing device 400 preferably includes a curing conduit 402, a reaction tank 404, and a run tank 406. Preferably, the curing device 400 begins with a curing conduit 402 extending from the carbonation device 300. Moving the silicate mixture or reaction mixture through the cure conduit 402 causes a polymerization reaction process. In a commercially feasible embodiment, the pressure indicator 412 and the pH indicator 414 are also
Place in 2. Pressure indicator 412 couples to a pressure relief valve (not shown).
The pH indicator 414 preferably signals a pH indicator controller (PHIC) 416 that indicates the pH of the silicate mixture. The current 416 from this pH indicator is sent to control the solenoid 376, and the solenoid 376
Control the valve 374 for the middle CO 2 line 372. Thus, the amount of CO 2 varies depending on the pH of the silicate mixture. In this way, the device 200
A silicate mixture having the desired pH can be produced.

【0060】 硬化管路402によって好ましくは、ケイ酸塩混合物を反応タンク404中へ
と供給する。攪拌機420によって、反応タンク404内でケイ酸塩混合物を攪
拌する。脱水管路422は、反応タンク404の底から延びており、装置200
が稼働している間は通常は閉鎖状態の遮断弁422を備えている。本ケイ酸塩混
合物は、反応タンク404から、このタンクの頂部近くに配置された管路426
内を通って流出し、タンクを空にしてランタンク406内へと入る。反応タンク
404は、異なる液位で流出する複数の出口管路(図示せず)を備えていて良い
。各出口管路は、好ましくは遮断弁を備えている。使用の間、複数の出口管路の
うちの一つを開放状態とし、反応タンク404中のケイ酸塩混合物の液位は、開
放された出口管路の水準まで上昇する。従って、反応タンク404内の液位は、
相異なる出口管路を開放することによって変化する。タンクの液位を変化させる
ことによって、装置内への流速を一定にしたときに、反応タンク404中にケイ
酸塩混合物が残留する時間が変化する。このようにして、装置200によって、
ケイ酸塩混合物のゲル化への最適時間を得ることができる。別の反応タンクを設
け、直列に配置することによって、ケイ酸塩混合物の重合反応の時間を更に確保
することができる。こうした実施形態は、持ち運び可能な市販の装置に対して好
適である。
Preferably, the silicate mixture is fed into a reaction tank 404 by a curing line 402. The silicate mixture is stirred in the reaction tank 404 by the stirrer 420. The dewatering line 422 extends from the bottom of the reaction tank 404 and
Is provided with a shut-off valve 422 that is normally closed during the operation. The silicate mixture is supplied from reaction tank 404 to line 426 located near the top of the tank.
After flowing through the inside, the tank is emptied and enters the run tank 406. The reaction tank 404 may include a plurality of outlet lines (not shown) that flow at different liquid levels. Each outlet line is preferably provided with a shut-off valve. During use, one of the outlet lines is opened and the level of the silicate mixture in the reaction tank 404 rises to the level of the open outlet line. Therefore, the liquid level in the reaction tank 404 is
It is changed by opening different outlet lines. By changing the tank level, the time during which the silicate mixture remains in the reaction tank 404 changes when the flow rate into the apparatus is kept constant. In this way, the device 200
An optimal time for the silicate mixture to gel can be obtained. By providing another reaction tank and arranging it in series, the polymerization reaction time of the silicate mixture can be further secured. Such an embodiment is suitable for portable, commercially available devices.

【0061】 好ましくは、攪拌機428によって、ランタンク406内のFLOCC生成物
を攪拌する。攪拌機428は、上記した攪拌機234と同様の型のものであって
よい。商業的に可能な実施形態においては、ランタンク406は、液位指示制御
装置(LICと表示する)432へと信号を送る液位トランスデューサ430を
備えている。 FLOCCは、ランタンク406から、タンクの底の近くに配置された炭酸処
理440内を流出する。商業的に可能な実施形態においては、次いでポンプ44
2によって、FLOCCを管路444を通してくみ出し、管路444は、好まし
くは抄紙機のファンポンプ446の吸引側をからにする(図12のファンポンプ
112を参照:図13のポンプ30を参照)。管路444は、更に磁気流量計(
FEで示す)448と、流量トランスミッタ450とを備えており、これによっ
て管路を通過する流速を示す流量指示制御装置452へと信号を送る。ポンプ4
42は、好ましくはモーター454によって駆動されており、モーターは流量指
示制御装置452によって制御されている。ポンプ442は好ましくは、上記し
たポンプ202、204、278と同じ型のものであるが、7.5馬力のモータ
ーが好ましい。
Preferably, the FLOCC product in run tank 406 is agitated by stirrer 428. Stirrer 428 may be of the same type as stirrer 234 described above. In a commercially feasible embodiment, run tank 406 includes a level transducer 430 that sends a signal to a level indicating controller (labeled LIC) 432. FLOCC flows out of the run tank 406 into a carbonation treatment 440 located near the bottom of the tank. In a commercially feasible embodiment, then the pump 44
2 pumps the FLOCC through line 444, which preferably draws the suction side of the paper machine fan pump 446 (see fan pump 112 in FIG. 12: see pump 30 in FIG. 13). Line 444 further includes a magnetic flow meter (
448) and a flow transmitter 450, which sends a signal to a flow indication controller 452 indicating the flow rate through the line. Pump 4
42 is preferably driven by a motor 454, which is controlled by a flow control 452. Pump 442 is preferably of the same type as pumps 202, 204, 278 described above, but is preferably a 7.5 horsepower motor.

【0062】 ポンプ442とファンポンプ446との間の管路444は、好ましくは分水管
路460へと連結されている。分水管路460は、遮断弁462、464を備え
ており、これらは通常は閉鎖されているが、これらが開放状態となった場合には
、ポンプ442から流出するFLOCCを、(弁462および弁464の双方を
開放することによって)装置200から脱水させるか、あるいは(弁462を開
放して弁464を閉鎖することによって)ランタンク406へと分水して戻すか
のいずれかを行うことができる。 好ましくは、本装置200内の流れによって、適切な重合反応をさせるのに充
分な時間を確保し、適切な組成のFLOCCが得られるようにし、かつ適切な量
のFLOCCを製紙プロセス用に生成させるように、装置200を制御する。水
管路238から始めると、流量制御装置246によって、液位指示制御装置23
2から、予備混合タンク218内のケイ酸塩混合物の液位を示す制御信号を受け
取る。この液位が低過ぎる場合には、水の予備混合タンク224への流れを流量
指示制御装置246によって増加させる。もしこの液位が高過ぎる場合には、予
備混合タンク224中への水の流れを流量指示制御装置246によって減少させ
る。この水用の流量指示制御装置246によって、制御信号512を液体流速指
示制御装置210へと送り、これが予備ミキサ224中へのポンプ214からの
流速を調節し、これによって水管路238の予備ミキサおよび管路220中への
流れが実質的に一定となるようにする。この液体流速指示制御装置210は、液
体流速指示制御装置212へと信号を送り、管路222を通過する流速を調節し
、これによってこの流速が管路220を通過する流速に比例し続けるようにする
。従って、予備混合タンク218中へと流入するケイ酸塩混合物の組成は、実質
的に一定に維持され、予備混合タンク内のケイ酸塩混合物の液位は実質的に一定
に維持される。
A line 444 between the pump 442 and the fan pump 446 is preferably connected to a diversion line 460. The water diversion line 460 is provided with shutoff valves 462, 464, which are normally closed, but when they open, the FLOCC flowing out of the pump 442 is connected to the valve (the valve 462 and the valve 462). Either dewater from the device 200 (by opening both of the 464) or divert back to the run tank 406 (by opening the valve 462 and closing the valve 464). . Preferably, the flow in the apparatus 200 ensures sufficient time for a suitable polymerization reaction to be obtained, to obtain a suitable composition of FLOCC, and to produce an appropriate amount of FLOCC for the papermaking process. The device 200 is controlled as described above. Starting from the water line 238, the flow control device 246 causes the liquid level instruction control device 23
From 2, a control signal indicating the level of the silicate mixture in the premix tank 218 is received. If the liquid level is too low, the flow of water to the premix tank 224 is increased by the flow rate instruction controller 246. If the level is too high, the flow of water into the premix tank 224 is reduced by the flow control 246. The flow indication controller 246 for water sends a control signal 512 to the liquid flow indication controller 210, which regulates the flow rate from the pump 214 into the premixer 224, and thereby the premixer and the premixer in the water line 238. The flow into line 220 is substantially constant. The liquid flow rate instruction control 210 sends a signal to the liquid flow rate instruction control 212 to regulate the flow rate through line 222 so that this flow rate remains proportional to the flow rate through line 220. I do. Accordingly, the composition of the silicate mixture flowing into the premix tank 218 is maintained substantially constant, and the level of the silicate mixture in the premix tank is maintained substantially constant.

【0063】 ランタンク406中のFLOCCの液位を示す液位指示制御装置432は、流
量指示制御装置262へと信号を送り、これがポンプ254を制御する。この液
位が低過ぎる場合には、モーター260の速度を増大させて、流量指示制御装置
262によって、装置内のケイ酸塩溶液の流れを増加させる。この液位が高過ぎ
る場合には、モーター260の速度を減少させて、流量指示制御装置262によ
って、装置内のケイ酸塩溶液の流れを減少させる。この流量指示制御装置262
によって、ポンプ254の通過する流速を示す信号を、ポンプ278を制御する
流量指示制御装置282へと送る。次いで、流量指示制御装置282は、モータ
ー280の速度を変化させ、ポンプ278を通過する流速を調節し、管路270
と管路284とからの各流れの割合を維持する。従って、炭酸処理装置310中
へと入るケイ酸塩混合物の組成と、ランタンク406中の液位とは、実質的に一
定である。
The liquid level indicating controller 432 indicating the level of the FLOCC in the run tank 406 sends a signal to the flow rate indicating controller 262, which controls the pump 254. If the level is too low, the speed of the motor 260 is increased to increase the flow of the silicate solution in the device by the flow indicator controller 262. If the level is too high, the speed of the motor 260 is reduced to reduce the flow of the silicate solution in the device by the flow control 262. This flow rate instruction control device 262
Thus, a signal indicating the flow rate passing through the pump 254 is sent to the flow rate instruction controller 282 that controls the pump 278. Next, the flow command controller 282 changes the speed of the motor 280 to regulate the flow rate through the pump 278 and
And line 284 to maintain the proportion of each flow. Thus, the composition of the silicate mixture entering the carbonator 310 and the level in the run tank 406 are substantially constant.

【0064】 pH指示制御装置406は、ソレノイド376を制御する流量指示制御装置2
82へと信号を送り、ソレノイドによってCO2 の拡散器312中への流れを 制御する。このソレノイドは、拡散器中へのCO2 の流れを調節し、これによ って装置の炭酸処理速度を変化させ、これによって得られたケイ酸塩混合物のp
Hを変化させる。これらの調節を行うことによって、ケイ酸塩混合物を、実質的
に一定のpH指示点で生成させ、適切な量の重合が装置300内で確実に生ずる
ようにする。 抄紙機によって、紙の機械生産速度を示す信号530を、流量指示制御装置4
52へと送り、この流量指示制御装置452によってモーター454の速度を調
節し、管路444を通過して抄紙機中へと入るFLOCCの流速を適切にする。
The pH instruction control device 406 is a flow rate instruction control device 2 that controls the solenoid 376.
A signal is sent to 82 to control the flow of CO 2 into diffuser 312 by the solenoid. This solenoid regulates the flow of CO 2 into the diffuser, thereby altering the carbonation rate of the device and thereby the p of the resulting silicate mixture.
Change H. Making these adjustments ensures that the silicate mixture is formed at a substantially constant pH indicator and that an appropriate amount of polymerization occurs in the apparatus 300. The paper machine outputs a signal 530 indicating the machine production speed of the paper to the flow rate control device 4.
The flow control controller 452 adjusts the speed of the motor 454 so that the flow rate of the FLOCC passing through the line 444 and entering the paper machine is adjusted.

【0065】 商業的に可能な実施形態においては、装置200内の種々のモーターと弁との
全体の制御を、使用者からの信号を処理するコンピュータ、あるいはトランスデ
ューサおよびインジケータからの信号を処理するコンピュータによって実行する
。次いで、コンピューターによって、上記したように、制御信号を弁およびモー
ターへと送る。商業的な実施形態においては、PC(パーソナルコンピューター
)を利用できる。 本発明の作業例の特定例においては、8個の拡散器312を備えた一つあるい
は二つの炭酸処理ユニット306を設ける。本実施形態の硬化管路402は、複
数の導管セグメントへと分離し、各セグメントの間にインラインミキサ(図示せ
ず)を設ける。この硬化管路402は、長さ50フィートの第一のセグメントを
備えており、第二のセグメントの長さは45フィートであり、第三のセグメント
の長さは50フィートである。この実施形態内では、ポンプ442とファンポン
プとの間に伸びる導管の長さは50フィートである。次の表では、装置200の
各セグメント内でのFLOCCの保持時間の幾つかの好適例を示し、FLOCC
のインラインミキサ272への導入に始まり、抄紙機のヘッドボックス446中
へのFLOCCの導入に終わる。これらの時間によって、装置200内でケイ酸
塩混合物を充分に重合させることができ、反応タンク404に到達する前に、F
LOCCが管路間で未熟な架橋またはゲル化を起こさないようにする。また、こ
れらの時間は、1時間当たり160ポンドの抄紙機内でのFLOCCの指示した
百分率比で紙を生産するのに充分である。
In a commercially feasible embodiment, the overall control of the various motors and valves within device 200 is controlled by a computer that processes signals from the user or a computer that processes signals from transducers and indicators. Run by. The computer then sends control signals to the valves and motors, as described above. In a commercial embodiment, a PC (personal computer) can be used. In a specific working example of the present invention, one or two carbonation units 306 with eight diffusers 312 are provided. The curing conduit 402 of the present embodiment is separated into a plurality of conduit segments, and an in-line mixer (not shown) is provided between each segment. The stiffening conduit 402 includes a first segment having a length of 50 feet, a second segment having a length of 45 feet, and a third segment having a length of 50 feet. Within this embodiment, the length of the conduit extending between the pump 442 and the fan pump is 50 feet. The following table shows some preferred examples of FLOCC retention times within each segment of the device 200,
To the in-line mixer 272 and ends with the introduction of FLOCC into the paper machine headbox 446. These times allow the silicate mixture to be fully polymerized in the apparatus 200, and before reaching the reaction tank 404,
Ensure that the LOCC does not cause premature crosslinking or gelling between the lines. Also, these times are sufficient to produce paper at the FLOCC indicated percentage ratio in the paper machine of 160 pounds per hour.

【0066】 上記した装置は、FLOCCを充分に混合し、CO2 をケイ酸塩混合物中へ と拡散させ、管路内で過度の固化を生じさせることなしに充分な時間の架橋を可
能とする限りにおいては、多くの方法で変更することができることが理解される
べきである。例えば、本装置では、反応タンク404とランタンク406とを使
用する代わりに、細長い硬化管路を設けることによって充分な架橋を行わせるこ
とができる。
[0066] Apparatus described above, thoroughly mixed FLOCC, the CO 2 is diffused into the silicate mixture, as long as to allow crosslinking of time sufficient without causing excessive solidified conduit is It should be understood that can be changed in many ways. For example, in the present apparatus, instead of using the reaction tank 404 and the run tank 406, sufficient crosslinking can be performed by providing an elongated curing conduit.

【0067】 C.無機物網目構造の生成に関する化学的法則 セルロース−無機物網目構造を有する製品を生成させる際には、繊維質材料を
含む無機物網目構造を生成させる。充てん剤を結合させて無機物網目構造を生成
させるための一つの方法においては、アルカリ−および/またはアルカリ土類金
属ケイ酸塩を使用する。一つの動作法則に縛られるものではないが、本無機物網
目構造の生成を説明する機構としては、ケイ酸塩の重合があるように思える。ケ
イ酸塩の重合は、二つのシラノール末端基(またはケイ酸基)の間の縮合反応に
よって生じ、これによって水と珪素−酸素−珪素結合(Si−O−Si)とが生
ずる(反応1を参照)。
C. Chemical Laws for Generating Inorganic Network In producing a product having a cellulose-inorganic network, an inorganic network including fibrous material is generated. One method for combining fillers to form an inorganic network employs alkali and / or alkaline earth metal silicates. Without being bound by a single law of operation, it appears that silicate polymerization is the mechanism that explains the formation of the present inorganic network. Polymerization of silicates occurs by a condensation reaction between two silanol end groups (or silicate groups), which results in water and a silicon-oxygen-silicon bond (Si-O-Si) (reaction 1). reference).

【数1】 (Equation 1)

【0068】 反応1 ケイ酸塩の重合反応が進行するのにつれて、ケイ酸塩成分は互いに共有結合し
、繊維は、こうして得られたケイ酸塩重合体中に捕捉される。珪素は、地球の地
殻の二番目に豊富な元素である。珪素は、自然界においてはその元素形では見出
されず、主として最も豊富な元素である酸素と組み合わされた状態で、酸化物お
よびケイ酸塩として発生する。珪素と酸素とは、他の元素と組み合わされて、地
球上の鉱物の大部分を構成している。従って、製紙用充てん剤の多くが二酸化珪
素(沈降シリカ、ケイソウ土等)およびケイ酸塩(カオリン、クレー、タルク、
マイカ等)であることは驚くには当たらない。これらの無機物は、共有網目構造
固体と通常呼ばれており、これは原子からなる結晶格子であり、そのすべてが極
性あるいは非極性の共有結合の三次元的な無限に伸びる網目構造によって連結さ
れている。通常使用される紙充てん剤、例えばクレー、タルク、シリカ等は、本
発明以前に開発された方法によって製造した紙製品を生成する間には、反応1の
ような結合挙動を示さない。なぜなら、珪素は既に重合しており、あるいは縮合
していて、共有結合の網目構造の固体を形成しているからである。従って、こう
した材料は、この後で繊維質網目構造の存在下に重合して、繊維質ウエブのまわ
りに無機物網目構造を生成するということはない。本質的に、本発明者は解重合
された成分を取り扱っており、次いでこの材料の周囲で、材料の全体にわたって
、およびこの材料を囲むように重合反応を進行させている。
Reaction 1 As the silicate polymerization reaction proceeds, the silicate components are covalently bonded to each other and the fibers are trapped in the silicate polymer thus obtained. Silicon is the second most abundant element in the earth's crust. Silicon is not found in its elemental form in nature and occurs primarily as oxides and silicates in combination with oxygen, the most abundant element. Silicon and oxygen, combined with other elements, make up most of the minerals on earth. Therefore, many of the papermaking fillers include silicon dioxide (precipitated silica, diatomaceous earth, etc.) and silicates (kaolin, clay, talc,
That is not surprising. These minerals are commonly referred to as shared network solids, which are crystal lattices of atoms, all of which are connected by a three-dimensional infinitely extending network of polar or non-polar covalent bonds. I have. Commonly used paper fillers, such as clay, talc, silica, etc., do not exhibit the binding behavior as in Reaction 1 during the production of paper products made by processes developed prior to the present invention. This is because silicon is already polymerized or condensed to form a solid having a covalent network structure. Thus, such materials will not subsequently polymerize in the presence of the fibrous network to create an inorganic network around the fibrous web. In essence, we are dealing with the depolymerized components, and then proceed with the polymerization reaction around, over, and around the material.

【0069】 シラノール縮合反応プロセスを拡張し、他の元素を包含することができる。例
えば、アルミニウムによって縮合反応中の珪素原子の一つを置換することができ
る。こうして、共有網目構造固体を生成させることができ、ここで幾つかの珪素
原子がアルミニウム原子によってSiO4 の四面体の三次元的枠組構造中で置 換されており、この中であらゆる酸素が二つの四面体の間で共有されている。こ
の三次元的な枠組み構造の中でアルミニウムが珪素を置換する場合にはいつでも
、この枠組み構想は負に荷電するので、他のカチオンが枠組み構造中に均一に分
布していなければならない。これらのアルミノケイ酸塩は、自然界において最も
広く分布する、広範な、そして有用なケイ酸塩鉱物である。このように、硫酸ア
ルミニウム、アルミン酸ナトリウム、スズ酸ナトリウム、オルソほう酸ナトリウ
ム10水和物、金属リン酸塩等のような材料は、縮合プロセス中で珪素を置換し
得る元素(アルミニウム、スズ、ホウ素、リン等)を含有しているので、本複合
体製品を生成させる際にも共有網目構造固体を生成させるために使用できる。
The silanol condensation reaction process can be extended to include other elements. For example, one of the silicon atoms in the condensation reaction can be replaced by aluminum. In this way, a shared network solid can be formed, in which some silicon atoms have been replaced by aluminum atoms in a three-dimensional framework of SiO 4 tetrahedrons, in which any oxygen is replaced by two. Is shared between the four tetrahedra. Whenever aluminum replaces silicon in this three-dimensional framework, the framework concept is negatively charged and other cations must be uniformly distributed in the framework. These aluminosilicates are the most widely distributed, extensive and useful silicate minerals in nature. Thus, materials such as aluminum sulphate, sodium aluminate, sodium stannate, sodium orthoborate decahydrate, metal phosphate, etc., are elements that can replace silicon during the condensation process (aluminum, tin, boron). , Phosphorus, etc.), it can be used to produce a shared network solid also when producing the composite product.

【0070】 シリカ、ケイ酸塩およびアルミノケイ酸塩においては、珪素は常に四つの酸素
原子に対して四面体的に結合しているが、しかしその共有結合は顕著なイオン性
を示す。SiO4 の四面体は、これらの材料の中の基本的な構造単位であり、 単独で生じ、あるいは酸素原子を共有し、小さな集団として生じ、小さい環状集
団として生じ、無限連鎖として生じ、無限な平面状シートとして生じ、あるいは
三次元的な枠組みとして生ずる。酸素、即ち二酸化珪素(通常シリカとして知ら
れている)は、天然には種々の形態で生じ(砂、石英、フリント等)、珪素と酸
素とが連続的に結合する網目構造からなり、各珪素は四個の酸素へと結合してお
り、各酸素は二個の珪素へと結合している。 金属炭酸塩がシリカと高温で融合した場合には、二酸化炭素が発生し、金属ケ
イ酸塩の複雑な混合物が得られる。本質的に、珪素−酸素−珪素結合を開裂させ
ることによって、共有結合網目構造固体は解重合される。もしこの融合に際して
アルカリ金属の炭酸塩を使用し、混合物がアルカリに富んでいる場合には、生成
物は水溶性である。しかし、アルカリ含量が低い場合には、金属炭酸塩は未だ不
溶性である(充分には解重合されていない)。理論的には、アルカリ含量が高い
と、別々のSiO4 4-(オルトケイ酸塩)アニオンを生成させることが可能で なければならず、通常はこれらのアルカリケイ酸塩水溶液は重合性アニオンの複
雑な混合物を含有している。水溶性である唯一のケイ酸塩は、アルカリ金属のケ
イ酸塩である。アルカリ土類金属のケイ酸塩は水には溶けない。
In silica, silicates and aluminosilicates, silicon is always tetrahedral bonded to four oxygen atoms, but its covalent bonds exhibit significant ionicity. The SiO 4 tetrahedron is the basic structural unit in these materials, occurring alone or sharing oxygen atoms, occurring as a small group, occurring as a small cyclic group, occurring as an infinite chain, It occurs as a planar sheet or as a three-dimensional framework. Oxygen, or silicon dioxide (commonly known as silica), naturally occurs in various forms (sand, quartz, flint, etc.), and consists of a network structure in which silicon and oxygen are continuously bonded. Is bonded to four oxygens, each of which is bonded to two silicons. If the metal carbonate fuses with the silica at elevated temperatures, carbon dioxide is evolved, resulting in a complex mixture of metal silicates. In essence, the covalent network solid is depolymerized by cleaving the silicon-oxygen-silicon bond. If an alkali metal carbonate is used in this fusion and the mixture is rich in alkali, the product is water soluble. However, when the alkali content is low, the metal carbonate is still insoluble (not fully depolymerized). Theoretically, the high alkali content, must be able to generate separate SiO 4 4-(orthosilicate) anion, the alkali silicate solution is usually complicated polymerizable anion A good mixture. The only silicate that is water soluble is the alkali metal silicate. Alkaline earth metal silicates are not soluble in water.

【0071】 金属炭酸塩のシリカ、ケイ酸塩およびアルミノケイ酸塩との融合は、セメント
の生産からケイ酸ナトリウムの生成に至るまで、多くの工業的プロセスにおいて
利用されている。共有結合網目構造固体は、共有結合(ケイ酸塩−酸素−珪素結
合)を開裂させることによって解重合され、その生成物はポリケイ酸(含水二酸
化珪素)の金属塩である。この融合生成物(金属ケイ酸塩)のアルカリ含量やア
ルカリ金属含量が多い(解重合が高度である)場合には、これらは塩基性である
。これらの生成物を水に添加し、あるいは中和したものとすると、ケイ酸やポリ
ケイ酸(シラノール末端基)が生成し、これが反応式1に従って重合し、共有結
合網目構造固体を再生する。本発明の方法によれば、このプロセスを使用して、
セルロース繊維を鉱物網目構造中に捕捉し、新規な複合体材料を生成できる。 本発明の複合体製品を生成させるための他の可能な解決法は、セメント化学者
が採用する通常の短縮記号を利用することである。 C3S=3CaO.SiO2 C2S=2CaO.SiO2 CS =CaO.SiO2 C =CaO CH =Ca(OH)2 C−S−H=可変的な化学量論比を有するケイ酸カルシウム水和物ゲル S =SiO2 H =H2O 水に対してカルシウムケイ酸塩(C3S、C2S、CS)を添加すると、カル
シウムケイ酸塩水和物ゲルと水酸化カルシウムとが得られる(反応2を参照)。
The fusion of metal carbonates with silica, silicates and aluminosilicates has been utilized in many industrial processes, from the production of cement to the production of sodium silicate. The covalent network solid is depolymerized by cleaving the covalent bond (silicate-oxygen-silicon bond) and the product is a metal salt of polysilicic acid (hydrous silicon dioxide). When the alkali or alkali metal content of the fusion product (metal silicate) is high (depolymerization is high), they are basic. If these products are added to water or neutralized, silicic acid or polysilicic acid (silanol end groups) is generated, which is polymerized according to the reaction formula 1 to regenerate a covalent network solid. According to the method of the present invention, using this process,
Cellulose fibers can be entrapped in the mineral network to create new composite materials. Another possible solution for producing the composite product of the present invention is to utilize the usual abbreviations employed by cement chemists. C3S = 3CaO. SiO 2 C2S = 2CaO. SiO 2 CS = CaO. SiO 2 C = CaO CH = Ca (OH) 2 C—S—H = Calcium silicate hydrate gel with variable stoichiometry S = SiO 2 H = H 2 O Calcium silicic acid to water Addition of the salts (C3S, C2S, CS) gives a calcium silicate hydrate gel and calcium hydroxide (see reaction 2).

【0072】 反応2 C3S、C2S、および/またはCS +H →C−S−H +CH ポゾランの存在下では、水酸化カルシウムは更に反応して、更なるカルシウム
ケイ酸塩水和物ゲルを生成させる(反応3を参照:ポゾラン反応と呼ばれている
)。
Reaction 2 In the presence of C3S, C2S, and / or CS + H → CSH + CH pozzolan, the calcium hydroxide further reacts to form additional calcium silicate hydrate gels (reaction (See No. 3: called the pozzolanic reaction).

【0073】 反応3 ポゾランまたはS + CH + H → C−S−HReaction 3 Pozzolan or S + CH + H → CSH

【0074】 ポゾランは、それ自体のセメント価が小さいかあるいはまったくないケイ質ま
たはケイ質およびアルミナ質の材料として定義されるが、しかし微細に分割され
た形態であり、湿気の存在下では水酸化カルシウムと常温で化学反応し、セメン
ト特性を有する化合物を生成するものである。天然のポゾランの例は、ケイソウ
土、オパールチャートおよび幾つかの頁岩である。軽石や凝灰岩のような火成材
料は一般的に活性が低く、一方クレーのような材料は、反応性にするためには仮
焼や熱処理が必要である。粉砕高炉スラグは、幾らかのセメント特性を有しては
いるけれども、ポゾランであると考えることができる。 ケイ酸カルシウム水和物ゲルは、充てん剤粒子(ケイ酸カルシウム、シリカ等
)を互いに結合させるようなケイ酸塩重合を受ける。これらのカルシウムケイ酸
塩(C3S、C2Sおよび/またはCS)の反応を利用して、本発明の方法を実
施し、共有結合無機物網目構造固体を生成させ、この無機物マトリックスの中に
繊維を捕捉することもできる。
Pozzolans are defined as siliceous or siliceous and aluminous materials that have little or no cement value of their own, but are in a finely divided form, and are hydroxylated in the presence of moisture. It chemically reacts with calcium at room temperature to produce a compound having cement properties. Examples of natural pozzolans are diatomaceous earth, opal chert and some shale. Igneous materials such as pumice and tuff are generally less active, while materials such as clay require calcination or heat treatment to make them reactive. Although ground blast furnace slag has some cement properties, it can be considered to be pozzolan. Calcium silicate hydrate gels undergo silicate polymerization that binds the filler particles (calcium silicate, silica, etc.) together. Utilizing the reaction of these calcium silicates (C3S, C2S and / or CS), the method of the present invention is practiced to produce a covalently linked inorganic network solid and entrap fibers in the inorganic matrix. You can also.

【0075】 D.灰分の百分率比に対する、裂断長の増大の百分率の割合 本発明の一つの主要な目的は、紙の強度を増大させる一方、灰分含量をも増加
させることである。この一つの指標は、灰分の百分率比に対する、裂断長(破壊
長さ)の増加の百分率比の割合である。この裂断長の増加は、ケイ酸塩を使用し
ない対照例の試料と比較したときの裂断長の増加の百分率比である。灰分の百分
率比は、試料を500℃で燃焼させた後に残留する材料の百分率比である。適用
したケイ酸塩の百分率比は、オーブン乾燥した手すき紙紙料(繊維、充てん剤、
ケイ酸ナトリウム等)に対して添加された、オーブン乾燥したケイ酸ナトリウム
の重量百分率比である。灰分含量が増加するのにつれてこの割合が増大する。て
ぜなら、無機物網目構造が、全質量のうちのより大きな百分率比を占めているか
らである。従って、本複合体に対して強度を付与している無機物成分については
、その全複合体の百分率比(灰分の百分率比)が増加するのにつれて、本割合は
増大するはずである。灰分の百分率比が増加したときにも、通常の充てん剤に対
する割合は比較的に変化しない。なぜなら、それは強度に寄与しないからである
。また、ケイ酸塩の濃度が増加すると、この割合は増加しなければならない。な
ぜなら、それは他の充てん剤とは対照的に、複合体へと強度を付与する成分であ
るからである。
D. Ratio of Percentage Increase in Break Length to Percentage Ash Content One major object of the present invention is to increase the ash content while increasing the strength of the paper. One such indicator is the ratio of the percentage increase in tear length (fracture length) to the percentage ash content. This increase in break length is a percentage of the increase in break length when compared to a control sample without silicate. The ash percentage ratio is the percentage of material remaining after burning the sample at 500 ° C. The percentage ratio of silicate applied is based on oven-dried handsheet stock (fiber, filler,
Weight percent of oven-dried sodium silicate added to sodium silicate, etc.). This percentage increases as the ash content increases. This is because the mineral network accounts for a larger percentage of the total mass. Therefore, as for the inorganic component imparting strength to the composite, the percentage should increase as the percentage ratio (ash percentage ratio) of the total composite increases. As the ash percentage ratio increases, the ratio to normal filler remains relatively unchanged. Because it does not contribute to the strength. Also, as the concentration of silicate increases, this proportion must increase. This is because it is a component that imparts strength to the composite, as opposed to other fillers.

【0076】 灰分含量の特定割合は、約5%から約30%であり、3.4%と12.1%と
のケイ酸塩濃度を表18に示した。
The specific percentage of ash content is from about 5% to about 30%, and silicate concentrations of 3.4% and 12.1% are shown in Table 18.

【0077】 III.デンプン細粒を用いる充てん剤の予備凝集 デンプン細粒を用いる充てん剤粒子の予備凝集によって紙を製造する方法には 、以下の工程が含まれ、これらの工程のいくつかは、製造の具体例を作成するに
は随意であることができる:デンプンを供給する工程、このデンプンは、処理さ
れて適切な寸法特徴を有する接着性の細粒を形成することができる;このデンプ
ンを処理して膨張したデンプン細粒を形成する工程;充てん剤粒子−デンプンの
微細な綿状沈殿物を、充てん剤粒子と膨張したデンプン細粒とを混合することに
よって形成する工程;及び、この粒子−デンプンの微細な綿状沈殿物をセルロー
スの完成紙料と組み合わせて紙製品を形成する工程。これらの工程の各々、及び
各工程を実行するのに用いる材料を、以下に説明する。
III. Pre-agglomeration of Filler Using Starch Granules A method for producing paper by pre-agglomeration of filler particles using starch granules includes the following steps, some of which include: It can be optional to make a manufacturing embodiment: the step of providing a starch, which can be processed to form an adhesive granule with suitable dimensional characteristics; Processing to form expanded starch granules; filler particles-forming a fine floc of starch by mixing the filler particles with the expanded starch granules; and the particles -Combining the fine floc of starch with the cellulose furnish to form a paper product. Each of these steps, and the materials used to perform each step, are described below.

【0078】 A.材料 1.デンプン 本発明を実施するためのデンプンの選定については、2つの特色が最初に考え
られた。第1は、適切なデンプンが処理されてデンプン細粒を形成できることで
ある。第2は、これらの形成されたデンプン細粒が、好ましくは所望の細粒寸法
分布内の細粒寸法を有することである。本発明の1つの利点は、この方法が、デ
ンプンを繰り返し処理して最適な及び予め選ばれた細粒寸法及び寸法分布を有す
る細粒が形成され、所望の特徴を有する紙製品が製造されることである。
A. Materials 1. Starch Two features were first considered for the selection of starch for practicing the present invention. First, the appropriate starch can be processed to form starch granules. Second, these formed starch granules preferably have a granule size within the desired granule size distribution. One advantage of the present invention is that the method comprises repeatedly treating the starch to form granules having an optimal and preselected granule size and size distribution, and to produce a paper product having the desired characteristics. That is.

【0079】 例えば、コピー(即ち、キセログラフィの)の紙は、この方法によって製造す
ることができる。これら製品の製造の具体例は、約15μm〜約150μm、好
ましくは、約40〜約70μm、更に一層好ましくは、約50〜約60μmの範
囲内の細粒寸法を有するデンプン細粒を用いることで行われた。細粒寸法の標準
偏差は、約20μmである。蒸煮されたエンドウのデンプンを用いて作られた紙
製品の製造の例では、処理した場合、約56μmの平均寸法を有する細粒を産生
するエンドウのデンプンを、代表的に用いた。
For example, copy (ie, xerographic) paper can be made by this method. An example of the manufacture of these products is by using starch granules having a granule size in the range of about 15 μm to about 150 μm, preferably about 40 to about 70 μm, and even more preferably about 50 to about 60 μm. It was conducted. The standard deviation of the fine grain size is about 20 μm. In the example of the production of paper products made with steamed pea starch, pea starch, which when processed produces fines having an average size of about 56 μm, was typically used.

【0080】 デンプン細粒を用いる1つの主たる目的は、充てん剤粒子を凝集させ及びかか
る充てん剤粒子をデンプン細粒に結合させることである。したがって、このデン
プン細粒の凝集能力、並びにその耐解こう性を比較することができる。本発明は
1つの作用理論に限定されないが、目下、この充てん剤粒子を凝集させるデンプ
ンの能力に関連する荷電現象があると思われる。所定のデンプンに関連するタン
パク質が、充てん剤粒子を凝集させるデンプンの能力を高めると考えられるが、
このことは、十分には確かめられていない。結果として、おそらく関連するタン
パク質を介して、これらのデンプンが、充てん剤粒子を十分に凝集させる荷電特
性を有し、これらのデンプンも、本発明を実施するための候補であるらしい。
One primary purpose of using starch granules is to agglomerate the filler particles and to bind such filler particles to the starch granules. Therefore, it is possible to compare the aggregating ability of the starch granules and the peptization resistance. While the present invention is not limited to one theory of action, it is believed that at present there is a charging phenomenon associated with the starch's ability to agglomerate this filler particle. It is believed that the protein associated with a given starch increases the starch's ability to aggregate filler particles,
This has not been fully verified. As a result, these starches have charge properties that sufficiently agglomerate the filler particles, possibly via related proteins, and these starches also appear to be candidates for practicing the present invention.

【0081】 デンプン細粒の寸法及び寸法分布、並びに充てん剤粒子を凝集させる能力は、
このデンプンが誘導される植物の種類に依存する。上に挙げたこれらの紙製品の
ために、以下の種々のデンプンが、含まれる適切な寸法の特徴を有するデンプン
細粒を作成するのに有用であると証明された。
The size and size distribution of the starch granules and the ability to agglomerate the filler particles
It depends on the type of plant from which this starch is derived. For these paper products listed above, the following various starches have proven useful in making starch granules having the appropriate dimensional characteristics included:

【0082】 マメ科に属する植物、例えば、エンドウ及びインゲンは、本発明を実施するた
めのデンプンの特に適切な供給源である。エンドウのデンプンは、目下、好まし
い材料であり、その理由は、このデンプンが上述した2つの基準を満足し、及び
更に、充てん剤材料のための優れた凝集剤であることが証明されたからである。
好ましいエンドウのデンプンは、STARLITE マークの下で、カナダ国、
サスカチェワンのParrheim社から商業的に入手される。STARLIT
Eのエンドウデンプンは、乾燥粉砕されており、空気分級して望ましくない材料
が除去されている。湿潤処理されたエンドウのデンプンも試みたが、乾燥処理し
たデンプンのように働くことはほとんどなかった。STARLITEのエンドウ
のデンプンは、エンドウから誘導されており、改変されないで、及び空気分級さ
れて大きなデンプン粒子が提供されている。販売されているようなSTARLI
TEの粒子の寸法は、約23μmである。STARLITEは、白色であり、売
られている自由流動性の粉末であり、約10%から約13%の水分量、約6.5
の蒸煮されたデンプンのためのpH、及び約35%のアミロース量を有する。S
TARLITEの化学分析は、これが、約84%のデンプン、約5%のタンパク
質、約4%の糖、約1%の脂質及び約1%の灰分を有していることを示す。
Plants belonging to the legume family, such as peas and kidney beans, are particularly suitable sources of starch for practicing the present invention. Pea starch is currently a preferred material because it satisfies the two criteria described above and further proved to be an excellent flocculant for filler materials. .
Preferred pea starches are under the STARLITE mark in Canada,
Commercially available from Parrheim, Saskatchewan. STARLIT
E pea starch has been dry ground and air classified to remove undesired materials. Wet treated pea starches have also been tried, but did little to work like dry treated starches. STARLITE's pea starch is derived from pea and is unmodified and air classified to provide large starch particles. STARLI as sold
The size of the particles of TE is about 23 μm. STARLITE is a white, commercially available free-flowing powder with a water content of about 10% to about 13%, about 6.5%.
PH for cooked starch, and amylose content of about 35%. S
Chemical analysis of TARITE shows that it has about 84% starch, about 5% protein, about 4% sugar, about 1% lipid and about 1% ash.

【0083】 ジャガイモ(芽及び全部のジャガイモ)のデンプンも試験した。これらのデン
プンは、エンドウのデンプンよりも十分大きな細粒を産生し、例えば、エンドウ
のデンプンについての約60μmに比較して、ジャガイモでは約265μmのよ
うである。ジャガイモのデンプンは、トウモロコシのデンプンよりも多くの関連
するタンパク質を有することがあり、従って、より一層好ましい凝集剤である場
合がある。ジャガイモのデンプンも両性であり、このことは、デンプンが、その
系のpHに依存する陽イオン又は陰イオン、及び特定の紙組成について所望の結
果を形成することができるので、有利である。しかし、ジャガイモのデンプンも
、エンドウのデンプンよりわずかに大きな平均粒径を有する細粒を形成し、この
ことは、エンドウのデンプンが目下のところ好ましいデンプン材料である1つの
理由である。
The potato starch (bud and whole potato) was also tested. These starches produce sufficiently large granules than pea starch, for example, about 265 μm in potatoes compared to about 60 μm for pea starch. Potato starch may have more related proteins than corn starch and may therefore be an even more preferred flocculant. Potato starch is also amphoteric, which is advantageous because starch can form the desired result for cations or anions, depending on the pH of the system, and for certain paper compositions. However, potato starch also forms granules with an average particle size slightly larger than pea starch, which is one reason that pea starch is currently the preferred starch material.

【0084】 パールトウモロコシのデンプンも試験し、及び本発明の方法に従って製品を製
造するのに有用であると証明された。改変したトウモロコシデンプンも試験した
が、試験した改変トウモロコシデンプンは、細粒を形成する代わりに、水処理中
に溶解する傾向があった。改変したデンプン又はデンプン群が知られており、又
は、その後製造されており、これらは、本発明の請求する方法に従って処理する
ことによって、適切な寸法特徴を有する細粒を形成する限りは、そのときは、か
かる材料も十分に適切なデンプンの供給源であるか、又は供給源となり得る。
[0084] Pearl corn starch was also tested and proved to be useful for producing products according to the method of the present invention. Modified corn starch was also tested, but the modified corn starch tested tended to dissolve during the water treatment instead of forming granules. Modified starches or groups of starches are known or have been manufactured and, as long as they form fine granules with suitable dimensional characteristics by processing according to the claimed method of the invention. Occasionally, such a material is or may be a sufficiently suitable source of starch.

【0085】 上述のことに基づき、目下、本発明を実施するのに最も有用であると思われる
デンプン類は、マメ科に属する植物、特に、エンドウのデンプン、ジャガイモの
デンプン、トウモロコシのデンプン、及びそれらの混合物からのデンプンからな
る群より選定される。
Based on the above, starches currently believed to be most useful in practicing the present invention are plants belonging to the legume family, particularly pea starch, potato starch, corn starch, and It is selected from the group consisting of starch from their mixtures.

【0086】 デンプン細粒を用いる1つの主たる目的は、充てん剤粒子を凝集させ、及びか
かる充てん剤粒子をこれらのデンプン細粒に結合させることである。したがって
、これらのデンプン細粒の凝集能力及び耐解こう性を比較することができる。本
発明は1つの作用理論に限定されないが、目下、この充てん剤粒子を凝集させる
デンプンの能力に関連している表面の荷電現象があると思われる。所定のデンプ
ンに関連するタンパク質が、充てん剤粒子を凝集させるデンプンの能力を高める
ことがあるが、このことは十分に確かめられていない。
One main purpose of using the starch granules is to agglomerate the filler particles and to bind such filler particles to these starch granules. Therefore, it is possible to compare the aggregating ability and peptization resistance of these starch fine granules. Although the present invention is not limited to one theory of action, it is believed that there is presently a surface charging phenomenon associated with the starch's ability to agglomerate this filler particle. Proteins associated with a given starch may increase the starch's ability to aggregate filler particles, but this has not been fully established.

【0087】 2.充てん剤粒子 概して、本発明の方法は、紙製品を製造するのに有用な任意の充てん剤材料を
用いて実施することができる。この充てん剤材料は、本明細書に記載するように
して製造するデンプン細粒を用いて凝集させることができる。かかる充てん剤材
料の部分的なリストには、炭酸カルシウムが含まれ、次のものに限定されないが
、沈降炭酸カルシウム(PCC)、粉砕炭酸カルシウム、白墨、粘土、二酸化チ
タン、タルク、苦灰石、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、高陵石、水酸化アルミ
ニウム、しゅす白、及びそれらの混合物が含まれる。
[0087] 2. Filler Particles In general, the method of the present invention can be practiced with any filler material useful for making paper products. This filler material can be agglomerated using starch granules made as described herein. A partial list of such filler materials includes, but is not limited to, calcium carbonate, precipitated calcium carbonate (PCC), ground calcium carbonate, chalk, clay, titanium dioxide, talc, dolomite, Includes calcium sulphate, barium sulphate, dolomite, aluminum hydroxide, salt white, and mixtures thereof.

【0088】 3.追加の紙添加物 充てん剤に加えて、紙製品を製造するのに、通常用いられる物質も、特定のデ
ンプンを用いる充てん剤粒子の予備凝集に、組み合わせて用いることができる。
例えば、サイズ剤、カチオン性デンプン、染料、湿潤及び/又は乾燥強度増強剤
、及びそれらの混合物のような、紙添加物を用いることができる。本発明の製造
の具体例は、デンプン細粒、例えば、蒸煮されたエンドウのデンプンの細粒を、
カチオン性重合体、例えば、ポリ塩化アルミニウムと混合し、充てん剤粒子の予
備凝集を促進させた。
[0088] 3. Additional Paper Additives In addition to fillers, materials commonly used to make paper products can also be used in combination for pre-agglomeration of filler particles with a particular starch.
For example, paper additives such as sizing agents, cationic starches, dyes, wet and / or dry strength agents, and mixtures thereof can be used. An embodiment of the production of the present invention is the use of starch granules, for example steamed pea starch granules,
It was mixed with a cationic polymer, such as polyaluminum chloride, to promote pre-agglomeration of the filler particles.

【0089】 さらに、紙の製造のウエットエンドに通常用いる、保持化学物質及び排出助剤
を、デンプン細粒を用いて塊になった充てん剤粒子に組み合わせて用いることが
できる。制限されないが、本発明にかかる充てん剤−粒子/デンプンの微細な綿
状沈殿物と組み合わせて用いるのに有用と思われる、かかる物質には、カチオン
性のデンプン、カチオン性のポリアクリルアミド、カチオン性のポリアミド、ポ
リイミド、ポリアミン、ポリ塩化アルミニウム、明礬、クロルヒドロアルミニウ
ム、カチオン性金属イオン、例えば、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、
及び第二鉄イオン、並びにこれらの物質の混合物が含まれる。
In addition, retention chemicals and discharge aids commonly used in the wet end of paper manufacture can be used in combination with the filler particles agglomerated using starch granules. Without limitation, such materials which may be useful for use in conjunction with the filler-particle / starch fine flocculent of the present invention include cationic starch, cationic polyacrylamide, cationic Polyamide, polyimide, polyamine, polyaluminum chloride, alum, chlorohydroaluminum, cationic metal ions, for example, calcium ion, magnesium ion,
And ferric ions, and mixtures of these substances.

【0090】 B.デンプン細粒を形成するためのデンプンの処理 次いで、上述したように選定した、適切なデンプンを処理して、所望の平均細
粒寸法及び分布、並びに充てん剤粒子凝集特徴を有するデンプン細粒を形成する
。これらの処理工程には、デンプンを処理してデンプン細粒を形成する工程、充
てん剤粒子をデンプン細粒と凝集させる工程、及び所望の紙製品を製造するため
のセルロースの完成紙料に、デンプン−細粒/充てん剤粒子の微細な綿状沈殿物
を添加する工程が含まれる。この方法も、追加の材料、例えば、デンプンのカチ
オン化剤を、デンプン、充てん剤粒子、又は微細な綿状沈殿物のいずれかに添加
する工程、又は工程群を随意に含むことができる。
B. Processing of Starch to Form Starch Granules The appropriate starch, selected as described above, is then processed to form starch granules having the desired average granule size and distribution, and filler particle agglomeration characteristics. I do. These processing steps include the steps of processing starch to form starch granules, aggregating filler particles with starch granules, and adding starch to the cellulose furnish to produce the desired paper product. -Adding a fine flocculent precipitate of fines / filler particles. The method can also optionally include the step or steps of adding an additional material, such as a starch cationizing agent, to either the starch, the filler particles, or the fine floc.

【0091】 1.デンプン細粒の形成 初めに所望量のデンプンを得る。このデンプンの量は、添加される充てん剤の
量、並びに用いられるデンプン−対−充てん剤の比率に依存する。紙製品の製造
の具体例は、本発明の方法に従って、充てん剤粒子:デンプン細粒の比を、少な
くとも約1:1から約25:1まで、より一層代表的には、少なくとも10:1
、好ましくは、約15:1から22:1まで、及び更により一層好ましくは、約
18:1にして行った。充てん剤が少な過ぎると、又は充てん剤が多過ぎると、
正当な強度でなく、紙の特性に有害となることがある。例えば、充てん剤が多過
ぎると、その後、用いられるデンプンの充てん剤粒子に対する比率が高くなり過
ぎ、更に、紙製品を製造する費用が著しく増加する。用いるデンプンが少な過ぎ
ると、その後、すべての添加材料を凝集するのに不十分なデンプンとなる。充て
ん剤及び顔料粒子を含まない微細な綿状沈殿物は、紙製造処理中十分に保持され
ず、更にまた、製品の製造後に塵を形成する。
1. Formation of Starch Granules Initially, the desired amount of starch is obtained. The amount of starch depends on the amount of filler added, as well as on the starch-to-filler ratio used. Embodiments of the manufacture of paper products include, in accordance with the method of the present invention, a ratio of filler particles: starch granules of at least about 1: 1 to about 25: 1, and even more typically at least 10: 1.
, Preferably from about 15: 1 to 22: 1, and even more preferably about 18: 1. If there is too little filler or too much filler,
It may not be of the correct strength and may be detrimental to paper properties. For example, if too much filler is used, then the ratio of starch to filler particles used will be too high, and the cost of producing paper products will increase significantly. If too little starch is used, then insufficient starch will agglomerate all the added materials. Fine flocculents, free of fillers and pigment particles, are not well retained during the papermaking process and also form dust after the production of the product.

【0092】 一旦、所望の充てん剤粒子:デンプン細粒の比率を決定すると、その後、水性
のデンプンの分散物が適切な量のデンプンを用いて形成される。この分散物は、
代表的に、冷水中にデンプンを分散させたものを包含する。デンプンと水の相対
的な量は、考慮すべき処理、例えば、攪拌の場合により支配され、変化させるこ
とができる。用いる固体量が多過ぎる場合、その後、分散物を混合/攪拌するこ
とは困難である。この実際の上限は、おそらく、約10固体重量%である。実際
の最下限量は、所望の特徴を有する製品が形成される量である。目下、用いるべ
きデンプンの量は、約0.1重量%から約10重量%まで、好ましくは、約1%
以上で、代表的な一貫性がある約6重量%でなければならないと思われる。
[0092] Once the desired filler particle: starch granule ratio is determined, an aqueous starch dispersion is then formed using the appropriate amount of starch. This dispersion is
Typically, it includes a dispersion of starch in cold water. The relative amounts of starch and water are governed and can be varied depending on the treatment to be taken into account, for example with stirring. If too much solids are used, then it is difficult to mix / stir the dispersion. This practical upper limit is probably about 10% solids by weight. The actual minimum is the amount by which a product having the desired characteristics is formed. At present, the amount of starch to be used is from about 0.1% to about 10% by weight, preferably about 1%
From the above it appears that it should be about 6% by weight, which is typically consistent.

【0093】 次いで、この水分散物を、かき混ぜながら加熱する。デンプンを加熱する目的
は、デンプンの物理的な形態をそのデンプンの結晶形のものから別々の膨潤した
細粒に変化させることである。図43には、熱処理がデンプンに対して有する効
果を図示する。概して、デンプンは高分子量の物質であり、水にあまり溶けない
。これらのデンプンは、水中で分散することができ、及び加熱した場合、膨潤し
始め、更にその分散物の粘性が上昇する。高過ぎる温度で余りに長く加熱した場
合、これらのデンプン粒子は、結局、バーストする。通常の知識でデンプンを処
理し、デンプンを水に溶解しなければならない。これらの溶解したデンプンを充
てん剤粒子に添加してその充てん剤粒子上に膜を形成し、更にこれらの粒子を結
合する。本発明の1つの特色は、充てん剤粒子の綿状沈殿物が、より一層効率的
に製造され、及びデンプン溶液を形成させるよりもデンプンを細粒段階までで処
理すること、更に、その後これらのデンプン細粒を用いて充てん剤粒子を塊にす
ることにより、より一層効率的で、更に、より一層好ましく、より一層再現性の
ある寸法分布に製造されることの認知である。
Next, the aqueous dispersion is heated while stirring. The purpose of heating the starch is to change the physical form of the starch from that of the crystalline form of the starch to discrete swollen granules. FIG. 43 illustrates the effect that heat treatment has on starch. In general, starch is a high molecular weight substance and is poorly soluble in water. These starches can be dispersed in water and, when heated, begin to swell and further increase the viscosity of the dispersion. If heated too long at too high a temperature, these starch particles will eventually burst. The starch must be processed with ordinary knowledge and the starch dissolved in water. These dissolved starches are added to the filler particles to form a film on the filler particles and bind the particles. One feature of the present invention is that a flocculent precipitate of filler particles is produced more efficiently and that the starch is processed up to the fine-grain stage rather than forming a starch solution, and then these It is recognized that the agglomeration of filler particles using starch granules produces a more efficient, even more preferred, and more reproducible size distribution.

【0094】 水分散物を加熱してデンプン細粒を形成させる温度は、変えることができるが
、概して、少なくとも約50℃から約120℃まで、更に、好ましくは、約70
℃から約90℃までである。デンプンを圧力容器中で蒸煮し及びデンプン細粒を
本発明の方法によって製造するが、温度が上昇すると、これらの細粒は分解又は
バーストし始める。デンプンの水分散物は、水の沸点、又はより一層高い温度で
蒸煮されるが、それは通常でない。むしろ、デンプンの水分散物は、代表的に、
約85℃から約90℃までで、約5分間、蒸煮される。
The temperature at which the aqueous dispersion is heated to form the starch granules can vary, but generally will be at least about 50 ° C. to about 120 ° C., and more preferably about 70 ° C.
C to about 90C. Starch is cooked in a pressure vessel and starch granules are produced by the method of the present invention, but as the temperature increases, these granules begin to degrade or burst. Aqueous dispersions of starch are cooked at the boiling point of water, or even higher, but this is not the case. Rather, aqueous dispersions of starch are typically
Steam from about 85 ° C to about 90 ° C for about 5 minutes.

【0095】 圧力蒸気を用いてデンプンを蒸煮することは、製紙工場では通常であり、この
処理は、“ジェット蒸煮”と称される。圧力蒸気の温度と圧力は、大気圧でのも
のより十分に高い。“ジェット”は、デンプンを蒸煮するだけでなく、デンプン
粒子を破裂させる。ジェット蒸煮されたデンプン粒子を用いて粒子を凝集させる
ことができるが、ジェット蒸煮によって製造された凝集した材料の寸法及び分布
は、約85℃から約90℃までの温度で及び約1気圧でデンプンを蒸煮すること
によって製造されたものと一致していない。
[0095] Steaming starch using pressure steam is common in paper mills and this process is referred to as "jet steaming". The temperature and pressure of the pressure steam are substantially higher than those at atmospheric pressure. The "jet" not only steams the starch, but also ruptures the starch particles. Although the particles can be agglomerated using the jet-cooked starch particles, the size and distribution of the agglomerated material produced by the jet-cooking can be at temperatures from about 85 ° C. to about 90 ° C. and at about 1 atm. Do not match those produced by steaming.

【0096】 この最初の加熱工程の後、加熱された分散物は、次いで、希釈され、及び処理
温度よりも低い温度であるが、代表的には、約50℃、より一層代表的には、約
70℃程度に冷却される。この分散物を、次いで、次の工程の操作に用いるまで
、攪拌しながら、この温度に保持する。このことは、デンプンの水分散物の熱水
を用いる、約2%〜3%の濃度までの希釈によって果たされる。
After this first heating step, the heated dispersion is then diluted and at a temperature below the processing temperature, but typically at about 50 ° C., even more typically It is cooled to about 70 ° C. The dispersion is then kept at this temperature with stirring until used in the next step operation. This is achieved by dilution of the aqueous dispersion of starch with hot water to a concentration of about 2% to 3%.

【0097】 上述した加熱操作は、エンドウのデンプンを処理するのに用いる代表的な加熱
処理である。しかし、熱処理は、この処理によって製造される細粒の性質によっ
て最良に決定される。図40及び41には、上述したような処理をする前のデン
プン、更にその後に熱処理したもののそれぞれの顕微鏡写真を示す。これらの顕
微鏡写真は、デンプンをこの方法で熱処理した場合に、デンプンに起こる変形、
及び更に所望の特徴が十分に均一な寸法の膨潤したデンプン細粒であることを、
明瞭に示している。
The heating operation described above is a typical heating treatment used to treat pea starch. However, the heat treatment is best determined by the nature of the fines produced by this process. FIGS. 40 and 41 show micrographs of the starch before the above-described treatment and the heat-treated starch, respectively. These micrographs show the deformation that occurs when starch is heat treated in this way,
And furthermore that the desired feature is swollen starch granules of sufficiently uniform size,
It is clearly shown.

【0098】 2.随意のデンプンカチオン化工程 次に、カチオン化剤をデンプンと随意に混合することができる。カチオン化剤
の添加の目的は、デンプンの凝集能力の増強にある。適切なカチオン化剤には、
ポリ塩化アルミニウム(PAC)、クロルヒドロアルミニウム、明礬、カチオン
性保持助剤、酸、塩及びそれらの混合物が含まれ、目下、PACが好ましい材料
である。
[0098] 2. Optional starch cationization step The cationizing agent can then optionally be mixed with the starch. The purpose of the addition of the cationizing agent is to enhance the flocculating capacity of the starch. Suitable cationizing agents include
It includes polyaluminum chloride (PAC), chlorohydroaluminum, alum, cationic retention aids, acids, salts and mixtures thereof, and PAC is currently the preferred material.

【0099】 用いるカチオン化剤の量は、選定する薬品の性質に依存する。PACに関して
は、目下、実際の上限は、1:1の重量比のPACとデンプンであり、及び実際
の下限は、デンプンの重量を基として約1重量%の比率のPACであると思われ
る。目下、カチオン化剤の好ましい量は、添加されるデンプンの量についての、
約10重量%から約20重量%までである。
[0099] The amount of cationizing agent used depends on the nature of the drug selected. For PACs, the current upper limit appears to be PAC and starch in a 1: 1 weight ratio, and the lower limit appears to be about 1% by weight PAC based on the weight of the starch. Currently, the preferred amount of cationizing agent is based on the amount of starch added,
From about 10% to about 20% by weight.

【0100】 デンプン:カチオン化剤は、この分散物に種々の方法で添加することができる
。良好な結果は、蒸煮されたデンプンを希釈するのに用いる水と共にPACを添
加することによって得られた。
Starch: The cationizing agent can be added to the dispersion in various ways. Good results have been obtained by adding PAC with water used to dilute the cooked starch.

【0101】 3.充てん剤粒子の凝集 次いで、充てん剤を、カチオン化されたデンプンの分散物に、激しくかき混ぜ
ながら添加するか、又はそれらを小容器中にポンプで送り、及び互いに混合する
か、又はポンプで送り、及び静的混合機中で混合することができる。概して、充
てん剤を、例えば、約45℃から60℃までの温度に温める。その理由は、単に
、それが製造後に都合よく用いられるからである。しかしながら、加熱された充
てん剤も、凝集処理を促進することができる。さらに、冷たい充てん剤は、カチ
オン化されたデンプンの水分散物の温度を低くすることになる。この分散物の温
度が約50℃以下になると、この水分散物は急速にゲル化し始める。
3. Agglomeration of the filler particlesThe filler is then added to the dispersion of the cationized starch with vigorous stirring, or they are pumped into small containers and mixed or pumped together, And in a static mixer. Generally, the filler is warmed, for example, to a temperature of about 45 ° C to 60 ° C. The reason is simply that it is conveniently used after manufacture. However, heated fillers can also facilitate the agglomeration process. In addition, cold fillers will lower the temperature of the aqueous dispersion of the cationized starch. As the temperature of the dispersion drops below about 50 ° C., the aqueous dispersion begins to gel rapidly.

【0102】 4.セルロースの完成紙料への凝集させた充てん剤の添加 一旦、上述したように凝集させると、次いで、この充てん剤は、セルロースの
完成紙料と結合しようとする。この凝集した充てん剤は、ヘッドボックスに先立
つ繊維システム、例えば、排出ポンプ又は機械ポンプまでである。この予備凝集
された材料をポンプに正しく添加する。その理由は、このことが、セルロースの
完成紙料との良好な混合を提供するからである。
[0102] 4. Addition of the agglomerated filler to the cellulose furnish Once agglomerated as described above, the filler then seeks to associate with the cellulose furnish. This agglomerated filler is up to the fiber system preceding the headbox, such as a discharge pump or a mechanical pump. This pre-agglomerated material is correctly added to the pump. The reason for this is that it provides good mixing of the cellulose with the furnish.

【0103】 5.セルロースの完成紙料への充てん剤粒子及び蒸煮されたデンプンの添加 蒸煮されたエンドウのデンプンを、充てん剤分散物を含むセルロースの完成紙
料に添加し、及び保持助剤によって保持することができる。これらの充てん剤粒
子は、凝集し更に通常のウエットエンド処理におけるもののように保持され、及
びデンプン細粒上に選択的に凝集しない。そのようになることによって、紙の強
度を改善することができる。
[0103] 5. Addition of Filler Particles and Steamed Starch to Cellulose Furnish Steamed pea starch can be added to a cellulose furnish containing a filler dispersion and retained by a retention aid. . These filler particles agglomerate and are retained as in normal wet end processing, and do not selectively agglomerate on starch granules. By doing so, the strength of the paper can be improved.

【0104】 6.保持システム 紙の製造処理のウエットエンドで通常用いられるすべての保持システムを、本
発明のデンプン凝集方法の処理に組み合わせて用いることができる。限定はされ
ないが、かかる保持助剤の部分的なリストには、カチオン性重合体、アニオン性
重合体、明礬、ポリ塩化アルミニウム、クロルヒドロアルミニウム、カチオン性
粒子、アニオン性粒子、カチオン性又はアニオン性微粒子、及びそれらの混合物
、特にアニオン性及びカチオン性材料の組み合わせが含まれる。
6. Retention Systems All retention systems commonly used at the wet end of paper manufacturing processes can be used in combination with the starch agglomeration process of the present invention. Without limitation, a partial list of such retention aids includes cationic polymers, anionic polymers, alum, polyaluminum chloride, chlorohydroaluminum, cationic particles, anionic particles, cationic or anionic. Included are microparticles, and mixtures thereof, especially combinations of anionic and cationic materials.

【0105】 D.実験機の結果 紙製品を、本発明の方法を用いて、試験規模の製紙機により製造した。これら
の試みからの所定の結果を、図8〜12に示す。
D. Experimental Machine Results Paper products were produced on a test scale paper machine using the method of the present invention. Predetermined results from these attempts are shown in FIGS.

【0106】 図46には、実験機の裂断長が、コントロールの紙と、本発明の方法に従って
灰分量を増加させながら製造した紙とで、どのように変化するかを示す。本発明
に従って製造した紙についての裂断長は、充てん剤粒子をデンプン細粒と予備凝
集して製造したものに匹敵した。予備凝集された充てん剤を用いて製造された紙
については、おそらく2つの理由から、ほとんど又は全く強度の改善が見られな
かった。第1は、コントロール運転に添加されたカチオン性のウエットエンドの
デンプンの量(約7.26kg/トン)が、その紙の強度を著しく増強させ、及
びエンドウのデンプンの予備凝集されたPCCを用いて製造されたものの強度の
改善を超えるか同等にする。第2に、図47に示すように、著しいサイズの増加
である。予備凝集されたPCCを用いることは、皮肉にも、繊維のフォンディン
グを減少させ、及び紙の強度の低下を起こす。
FIG. 46 shows how the tear length of the experimental machine varies between control paper and paper produced with increasing ash content according to the method of the present invention. The breaking length for paper made according to the present invention was comparable to that made by pre-agglomerating the filler particles with the starch granules. There was little or no improvement in strength for paper made with the pre-agglomerated filler, probably for two reasons. First, the amount of cationic wet-end starch added (about 7.26 kg / ton) added to the control run significantly increased the strength of the paper, and using pre-agglomerated PCC of pea starch. Over or equal to the improvement in strength of those manufactured. Second, there is a significant size increase, as shown in FIG. The use of pre-agglomerated PCC ironically reduces fiber fonding and reduces paper strength.

【0107】 図47には、サイズが、実験機のコントロール紙と本発明の方法に従って製造
された実験機の紙とについて、灰分量を増加することでどのように変化するかを
示す。サイズは、紙の水吸収性又は耐吸水性の傾向の基準であり、吸収される水
に必要な時間を秒として測定する。図47には、実験機で製造された紙が、コン
トローに比較して著しく優れたサイズを有することを示す。20%の灰分量では
、コントロールは約100秒のサイズを有するが、本発明の処理に従って製造し
た紙は、20%の灰分量で約300秒のサイズを有する。さらに、本発明に従っ
て製造した前記紙の灰分量を30%に増加させると、そのサイズは、100秒に
減少した。充てん剤の予備凝集は、充てん剤粒子へのサイズ化学物質の吸収を減
少させ、及び吸収されるべきサイズ化学物質を充てん剤表面に残し、従って、サ
イズ効率を改善する。
FIG. 47 shows how the size changes with increasing ash content between the experimental control paper and the experimental paper manufactured according to the method of the present invention. Size is a measure of the tendency of paper to absorb water or absorb water, and measures the time required for absorbed water to be in seconds. FIG. 47 shows that the paper produced on the experimental machine has a significantly better size compared to the control. At an ash content of 20%, the control has a size of about 100 seconds, whereas a paper made according to the process of the invention has a size of about 300 seconds at a ash content of 20%. Furthermore, increasing the ash content of the paper produced according to the invention to 30% reduced its size to 100 seconds. Pre-agglomeration of the filler reduces the absorption of the size chemicals into the filler particles and leaves the size chemicals to be absorbed on the filler surface, thus improving the size efficiency.

【0108】 図48には、紙の強度が、実験機のコントロール紙と本発明の方法に従って製
造された実験機の紙とについて、灰分量を増加することでどのように変化するか
を示す。図48は、本発明の方法が、デンプンを用いずに、及び充てん剤粒子を
予備凝集させずに製造される、紙の強度を実質的に高めることを明瞭に示す。さ
らに、PCCスラリー及び充てん剤粒子を予備凝集させずに用いるエンドウのデ
ンプンに関して、図48は、PCCを予備凝集して、及び予備凝集しないで製造
した紙の強度を示す。すべての3つの群の紙は、約4.54kg/トンのデンプ
ン(カントニックデンプン)を用いて製造され、コントロール運転では、デンプ
ン以外を加えたが、PCCスラリー及びエンドウデンプンとして示す運転では、
PCCを予備凝集するのに用いるエンドウのデンプンの量に等しく、及びウエッ
トエンドに添加する、種々の量のエンドウのデンプンを加えた。例えば、15%
の予備凝集されたPCCを添加する場合、PCCを凝集させるのに用いたエンド
ウのデンプンは、全完成紙料の約7.71kg/トンに等しく、及び約7.71
kg/トンのエンドウのデンプンを15%のPCCスラリーと共に完成紙料に添
加した。予備凝集されたPCCの運転では、追加のエンドウのデンプンを添加せ
ず、約4.54kg/トンのカチオン性ウエットエンドデンプンを添加した。
FIG. 48 shows how the strength of the paper changes with increasing ash content for the experimental control paper and the experimental paper manufactured according to the method of the present invention. FIG. 48 clearly shows that the method of the present invention substantially increases the strength of paper produced without starch and without pre-agglomeration of the filler particles. Further, with respect to the pea starch used without pre-agglomeration of the PCC slurry and the filler particles, FIG. 48 shows the strength of paper produced with and without pre-agglomeration of PCC. All three groups of papers were made using about 4.54 kg / ton of starch (cantonic starch), with the addition of non-starch in the control run, but in the run shown as PCC slurry and pea starch.
Various amounts of pea starch were added, equal to the amount of pea starch used to pre-aggregate the PCC and added to the wet end. For example, 15%
When pre-agglomerated PCC is added, the pea starch used to agglomerate the PCC is equal to about 7.71 kg / ton of total furnish, and about 7.71 kg / ton.
kg / ton of pea starch was added to the furnish along with a 15% PCC slurry. In the operation of the pre-agglomerated PCC, no additional pea starch was added and about 4.54 kg / ton of cationic wet end starch was added.

【0109】 図49には、不透明度が、実験機のコントロール紙と本発明の方法に従って製
造された実験機の紙とについて、灰分量を増加することでどのように変化するか
を示す。図49は、本発明に従って製造された実験機の紙の不透明度がコントロ
ールの紙のものよりも概して高く、及び更に、それが灰分量を増加させることに
よってコントロールの紙が示す範囲に影響を与えないことを示す。30%の灰分
量では、本発明の方法に従って製造された紙は、92%以上の不透明度を有する
が、コントロールの紙については、不透明度は、91%以下であった。
FIG. 49 shows how opacity changes with increasing ash content for experimental control paper and experimental paper manufactured according to the method of the present invention. FIG. 49 shows that the opacity of the experimental paper made in accordance with the present invention is generally higher than that of the control paper, and furthermore, it affects the range exhibited by the control paper by increasing the ash content. Indicates no. At an ash content of 30%, the paper made according to the method of the present invention had an opacity of 92% or more, while for the control paper the opacity was 91% or less.

【0110】 IV 実施例 以下の実施例は、本発明のいくつかの特徴を説明するために提供する。これら
の実施例は、本発明を特に述べた特徴に限定して解釈されるべきではない。
IV Examples The following examples are provided to illustrate some features of the present invention. These examples should not be construed as limiting the invention to the particularly recited features.

【0111】 実施例1 この実施例は、紙製品を形成するための本方法の一実施態様を説明し、本方法
で、複合体製品の繊維性分画の周りの無機物(無機物(鉱物))網目構造を生産する
ことを証明する。本実施例によって作製した手すき紙、及びそれらの成分を、表
1以下に要約する。
Example 1 This example describes one embodiment of the present method for forming a paper product, wherein the inorganic material (mineral (mineral)) around the fibrous fraction of the composite product is described. Prove to produce a mesh structure. The handsheets produced according to this example and their components are
Summarized below 1.

【0112】 約30g(オーブン乾燥ベース)の繊維性スラリー[80%の精練したポプラ(硬材)及
び20%の精練したバンクスマツ(軟材)]を2.46%濃度にて2000mlプラスチック容 器中に測定した。表1に述べたように沈降炭酸カルシウム(St. Helens Millから のHB PCC)及び/又は酸化カルシウム(CaO Technical powder MCB CX267 CB1175
)の量を加える間、 繊維性スラリーを攪拌した。酸化カルシウムをT6及びT9だけ
に加えた。もし完全に炭酸と反応したなら、十分な酸化カルシウムを加えPCC22.
3%とした。5分間攪拌後、珪酸ナトリウムN溶液(National Silicate Ltd.Toron
to, Ont. 51.37%オーブン乾燥ベース)を全ての試験サンプルへ加えた(対照例に
は加えない)。追加の量の珪酸ナトリウムをT5へ加える以外、珪酸ナトリウムのP
CCへの割合を一定に維持した。1.4重量%の酸化カルシウムもT9に加えた。
About 30 g (oven-dry basis) of a fibrous slurry [80% scoured poplar (hardwood) and 20% scoured pine pine (softwood)] measured at 2.46% strength in a 2000 ml plastic container did. As described in Table 1, precipitated calcium carbonate (HB PCC from St. Helens Mill) and / or calcium oxide (CaO Technical powder MCB CX267 CB1175)
The fibrous slurry was agitated while adding the amount of). Calcium oxide was added only to T6 and T9. If completely reacted with carbonic acid, add enough calcium oxide to PCC22.
3%. After stirring for 5 minutes, sodium silicate N solution (National Silicate Ltd. Toron)
to, Ont. 51.37% oven dried base) was added to all test samples (not to control). Except for adding an additional amount of sodium silicate to T5,
The ratio to CC was kept constant. 1.4% by weight of calcium oxide was also added to T9.

【0113】 ガス拡散管を取り付けた二酸化炭素のガスシリンダーを用いて、二酸化炭素を
混合物に供給することによって、サンプルを炭酸化した。二酸化炭素供給を約1.
5時間続けて、混合物のpH値を約7から8へとした。二酸化炭素移送圧は、非常に 低く(約1psi)、開始pHは、約10から11と相対的に高かった(EM Sience colorpHa
st 試験片)。PCCを有さず炭酸カルシウムを有する試験サンプルT6を約1時間より
長く炭酸化して、それによって、同じpH値を約7から8とした。紙料を4リットル
に希釈し攪拌する一方、2%のデンプン又はミョウバンを加えた。カチオンデン
プンは、Roquette CorpからのHi-Cat168カチオンポテトデンプンであった。その
後、0.035%パーコール(Percol)175(保持助成剤)を攪拌しながら加えた。デンプ
ン工程を最初のコントロールC1に対して省略した。
The sample was carbonated by feeding carbon dioxide to the mixture using a carbon dioxide gas cylinder fitted with a gas diffusion tube. Approximately 1.
Continuing for 5 hours, the pH value of the mixture was reduced from about 7 to 8. The carbon dioxide transfer pressure was very low (about 1 psi) and the starting pH was relatively high, about 10-11 (EM Sience color pHa).
st specimen). Test sample T6 with calcium carbonate without PCC was carbonated for more than about 1 hour, thereby bringing the same pH value to about 7 to 8. The stock was diluted to 4 liters and stirred while 2% starch or alum was added. The cationic starch was Hi-Cat168 cationic potato starch from Roquette Corp. Thereafter, 0.035% Percol 175 (a retention aid) was added with stirring. The starch step was omitted for the first control C1.

【0114】 全ての物質を加えて、炭酸化工程を完了した後、攪拌を停止し手すき紙を作製
した。全ての手すき紙は、Noble & Wood正方手すき紙型上で形成し、20psiにて
湿部用フェルトプレスして、ドラム乾燥機上で200°Fにて乾燥した。この実施例
に従って作製した手すき紙の目標とするベース重量は、60g/m2であった。手すき
紙をTAPPI T222に従って調製し、同じ環境において試験した。張力試験を7.1イ ンチ試験片上で1インチ/分のクロスヘッド速度で行なった。複合体製品の張力 破壊特性をTAPPI方法T494に従って測定した。はさみ試験及び引き裂き試験を5 つのよりで行なった。ISO白色度をTechnibrite Micro TB-IC上で測定し、不透明
度をThwing-Albert Model 323不透明度計を用いて測定した。不透明度を、Kubel
ka-Munk式を使用して60g/mに較正した。伸びとTEAはベース重量へ較正しなか った。この最初の実施例に対して作製した各手すき紙の構成は、いくらかの生産
物特性(裂断長、伸び%及びN・m/m)であるが、表2以下に要約する。
After all the substances were added and the carbonation step was completed, stirring was stopped and a handsheet was made. All handsheets were formed on Noble & Wood square handsheet molds, wet felt pressed at 20 psi, and dried on a drum dryer at 200 ° F. The target base weight of the handsheet made according to this example was 60 g / m 2 . Handsheets were prepared according to TAPPI T222 and tested in the same environment. Tensile tests were performed on 7.1 inch specimens at a crosshead speed of 1 inch / min. The tensile fracture properties of the composite products were measured according to TAPPI method T494. Scissor and tear tests were performed on five strands. ISO whiteness was measured on a Technibrite Micro TB-IC and opacity was measured using a Thwing-Albert Model 323 opacity meter. Opacity, Kubel
Calibrated to 60 g / m 2 using the ka-Munk equation. Elongation and TEA were not calibrated to base weight. The composition of each handsheet made for this first example, with some product properties (break length,% elongation and N · m / m 2 ), is summarized in Table 2 et seq.

【0115】 フィルター保持は、この実施例によって説明した大部分の試験で完全に満足い
くものであったが、少量の酸化カルシウムの添加は、良好な(80%のPCC)保持 を与えた。さらに、この特別な実施例では、劇的な強度の増加は観察されなかっ
た。しかしながら、試験T6にしたがって作製した手すき紙を燃焼することによっ
て生産した灰分のSEM分析は、このような灰分は、複合体構造を保ち、このよう な構造は、対照例のサンプルと正反対で、全く意外であることを示す。これは、
繊維状の材料の周りに無機物(鉱物)網目構造を生産する際に結合する繊維を暗示
する。特に、7[試験T6にしたがって作製した手すき紙由来の手すき紙灰分のSEM
像(X 100)]及び図4[試験T6にしたがって作製した手すき紙のSEM像(X 1000)]は、
無機物(鉱物)網目構造が形成されることを明確に証明する。さらに、本発明の複
合体製品と従来方法によって作製された製品との間の違いは、図6及び7とコン トロール図9[コントロール手すき紙由来の手すき紙灰分のSEM像(X 100)]及びコ ントロール図10「コントロール手すき紙由来の手すき紙灰分のSEM像(X 1000)」と を比較することによって明白に証明される。図9及び10は、従来の紙製品によっ て生産された灰分の特徴である脆さを示す一方、複合体製品T6由来の灰分は、燃
焼後でさえも無機物(鉱物)構造を明確に維持する。
The filter retention was completely satisfactory in most of the tests described by this example, but the addition of small amounts of calcium oxide gave good (80% PCC) retention. Furthermore, no dramatic increase in intensity was observed in this particular example. However, SEM analysis of ash produced by burning handsheets made in accordance with Test T6 shows that such ash retains a composite structure, which is exactly the opposite of the control sample, Indicates that it is unexpected. this is,
It implies fibers that bind in producing an inorganic (mineral) network around fibrous material. In particular, 7 [SEM of handsheet ash derived from handsheet made according to test T6
Image (X 100)] and FIG. 4 [SEM image (X 1000) of handsheet made according to test T6]
It clearly demonstrates that an inorganic (mineral) network is formed. Furthermore, the difference between the composite product of the present invention and the product made by the conventional method is shown in FIGS. 6 and 7 and the control figure 9 [SEM image (X100) of handsheet ash from control handsheet] This is clearly demonstrated by comparing with Control Figure 10 “SEM image of handsheet ash from control handsheet (X1000)”. Figures 9 and 10 show the brittleness characteristic of the ash produced by conventional paper products, while the ash from the composite product T6 clearly maintains an inorganic (mineral) structure even after combustion. I do.

【0116】 実施例2 この実施例は、本発明の方法にしたがって紙製品を作製するための方法の1実
施態様を説明し、さらに、かなり高い濃度の充填材を使用して製品強度を増加す
ることができることを証明する。この実施例に従って作製した手すき紙及びそれ
らの成分を表2以下に要約する。
Example 2 This example illustrates one embodiment of a method for making a paper product according to the method of the present invention, and further uses a significantly higher concentration of filler to increase product strength. Prove that you can. The handsheets made according to this example and their components are summarized in Table 2 et seq.

【0117】 約30g(オーブン乾燥ベース)の繊維性スラリー[80%の精練したポプラ(硬材)
及び20%の精練したバンクスマツ(軟材)]を3.02%濃度にて2000mlプラスチック 容器に測定した。表3で述べた量の沈降炭酸カルシウム(St.HelensからのHB PCC
)及び/又は酸化カルシウム(CaO E.M.Science GR powder CX0265−3 ロット#3
5222539)を加える間、繊維性スラリーを攪拌した。十分な酸化カルシウムを加え
て、もし完全に炭酸と反応したなら、記述した量のPCCとした。5分間攪拌後、珪
酸ナトリウム溶液(珪酸ナトリウム溶液、National Silicate Ltd. Toronto, Ont
−51.37%オーブン乾燥ベース)を全ての試験サンプル(コントロール以外)に加え
た。
About 30 g (oven dried basis) of fibrous slurry [80% scoured poplar (hardwood)
And 20% scoured bank pine (softwood)] at a concentration of 3.02% in a 2000 ml plastic container. The amounts of precipitated calcium carbonate described in Table 3 (HB PCC from St. Helens)
) And / or calcium oxide (CaOEM. Science GR powder CX0265-3 Lot # 3)
The fibrous slurry was agitated while adding 5222539). Sufficient calcium oxide was added and if completely reacted with carbonic acid, the stated amount of PCC was obtained. After stirring for 5 minutes, sodium silicate solution (sodium silicate solution, National Silicate Ltd. Toronto, Ont
-51.37% oven dried base) was added to all test samples (other than controls).

【0118】 ガス拡散管に取り付けたCOガスシリンダーを用いて、二酸化炭素を混合物に
供給することによって、サンプルを炭酸化した。二酸化炭素供給を約2時間続け た。炭酸化工程がpHを下げるので、炭酸化の時間は、pH値によって最も良く確定
される。約7から約8の最終目的混合物のpHが十分であることを見出した。二酸化
炭素移送圧は、非常に低く(約1psi)、開始pHは、約10〜11で相対的に高かった(E
M Science colorpHast 試験片)。
The sample was carbonated by supplying carbon dioxide to the mixture using a CO 2 gas cylinder attached to a gas diffusion tube. The carbon dioxide supply was continued for about 2 hours. Since the carbonation step lowers the pH, the time of carbonation is best determined by the pH value. It has been found that the pH of the final target mixture of about 7 to about 8 is sufficient. The carbon dioxide transfer pressure was very low (about 1 psi) and the starting pH was relatively high at about 10-11 (E
M Science colorpHast specimen).

【0119】 その後、紙料混合物を4リットルへ希釈し2%のデンプンを加える間攪拌した 。デンプンは、Rowuette Corp由来のHi-Cat 168カチオンポテトデンプンであっ た。その後、0.035%のパーコール175(保存助成剤)を混合物に攪拌しながら加え
た。デンプン工程を最初のコントロールC10に対して省略した。
The stock mixture was then diluted to 4 liters and stirred while adding 2% starch. The starch was Hi-Cat 168 cationic potato starch from Rowuette Corp. Thereafter, 0.035% of Percoll 175 (storage aid) was added to the mixture with stirring. The starch step was omitted for the first control, C10.

【0120】 全ての材料の添加と炭酸化工程が完了後、攪拌を止めて手すき紙を作製した。
全ての手すき紙をNoble & Wood正方手すき紙型で作製し、20psiにて湿部用フェ
ルトプレスして、ドラムドライヤーで200°Fにて乾燥した。この実施例により作
製した手すき紙の目標ベース重量は、60g/m2だった。手すき紙をTAPPI T222にし
たがって調製し、同じ環境において試験した。張力試験をTAPPI T494にしたがっ
て、7.1“試験片において1インチ/分のクロスヘッドスピードで行なった。ISO白
色度をTecnibrite Micro TB-1C上で、不透明度をThwing-Albert Model 323不透 明度計を用いて測定した。不透明度を、Kubelka-Munk式を使用して、60g/m2ベー
ス重量に訂正した。伸び及びTEAは、ベース重量に訂正しなかった。この第二の 実施例に対して作製した各手すき紙の構成を表3以下に要約する。表3で述べた 全%は、紙料のオーブン乾燥固形に基づく重量%である。
After the addition of all the materials and the carbonation step were completed, the stirring was stopped to produce a handsheet.
All handsheets were made in Noble & Wood square handsheet molds, wet felt pressed at 20 psi, and dried at 200 ° F in a drum dryer. The target base weight of the handsheet made according to this example was 60 g / m 2 . Handsheets were prepared according to TAPPI T222 and tested in the same environment. Tensile tests were performed according to TAPPI T494 at a crosshead speed of 1 inch / min on 7.1 "specimens. ISO whiteness was measured on a Tecnibrite Micro TB-1C and opacity was measured on a Thwing-Albert Model 323 opacity meter. Opacity was corrected to 60 g / m 2 base weight using the Kubelka-Munk equation, elongation and TEA were not corrected to base weight. The composition of each handsheet made is summarized below in Table 3. All percentages mentioned in Table 3 are percentages by weight based on oven dried solids of the stock.

【0121】 予想した結果に反して、実施例2にしたがって作製された手すき紙は、同じ灰 分レベルでコントロールシートに関して強度の増加を示した。最も興味深いのは
、T13試験である。表3においてT13に対して記載した特性を持って形成された手 すき紙は、強度において最も劇的な増加を示した。T3は、最も高い珪酸塩量も有
し、繊維性ウエブの周囲にある無機物(鉱物)網目構造の形成が、最終製品に強度
を与えることを証明する。
[0121] Contrary to expected results, handsheets made according to Example 2 showed increased strength with respect to control sheets at the same ash level. Most interesting is the T13 test. Handsheets formed with the properties described for T13 in Table 3 showed the most dramatic increase in strength. T3 also has the highest silicate content, demonstrating that the formation of the mineral (mineral) network around the fibrous web imparts strength to the final product.

【0122】 より高い強度値の傾向をT12、T13及びT17を比較することによって示す。試験T
17(3.4%珪酸ナトリウム、裂断長=1.36)、T12(6.4%珪酸塩、裂断長=1.64km) 及びT13(12.1%珪酸塩、裂断長=1.98km)は、紙強度における増加が、珪酸塩レベ
ルを増加させて、繊維性ウエブの周りにシリカ/珪酸塩網目構造を形成すること から生ずることを確立する。デンプンを有するコントロールC11での0パーセント
から、T17に対して3.4%、T12で6.4%、T13で12.1%へ珪酸塩濃度を増加するこ とによって、裂断長は、1.28km(C11)から、T17に対して1.36km、T12に対して1.6
4km、T13に対して1.98kmまで増加した。
The trend for higher intensity values is shown by comparing T12, T13 and T17. Exam T
17 (3.4% sodium silicate, breaking length = 1.36), T12 (6.4% silicate, breaking length = 1.64km) and T13 (12.1% silicate, breaking length = 1.98km) showed an increase in paper strength. Increasing silicate levels establishes what results from forming a silica / silicate network around the fibrous web. By increasing the silicate concentration from 0% in control C11 with starch to 3.4% for T17, 6.4% for T12 and 12.1% for T13, the breaking length was increased from 1.28 km (C11). 1.36km for T17, 1.6 for T12
4km, increased to 1.98km with respect to T13.

【0123】 試験T14、T15及びT16は、同じ量で同じ成分を使用して、作製した。これらの 各試験は、酸化カルシウム及び珪酸ナトリウムに加えて沈降炭酸カルシウムを加
えたが、該成分の添加の順番が異なっていた。T14試験に対して、全ての成分を 共に炭酸化した。T15試験に対して、全てでないが繊維は、共に炭酸化した。T16
試験に対しては、全てでないがPCCが共に炭酸化した。これらの試験の結果に基 づくと、全てでないがPCCと共に炭酸化すること、又は全てと共に炭酸化するこ とは、本発明に従って製品を形成する最良の方法であると一般的に考えられる。
さらに、繊維が、炭酸化工程中に存在すべきであるという事実は、繊維の周りに
無機物(鉱物)網目構造の形成が、このような試験に観察される強度向上に寄与す
ることを示す。
Tests T14, T15 and T16 were made using the same components in the same amounts. In each of these tests, precipitated calcium carbonate was added in addition to calcium oxide and sodium silicate, but the order of addition of the components was different. For the T14 test, all components were carbonated together. For the T15 test, not all of the fibers co-carbonated. T16
For the test, not all, but not all, PCCs were carbonated. Based on the results of these tests, carbonation with PCC, if not all, or carbonation with all, is generally considered to be the best way to form a product according to the present invention.
Furthermore, the fact that the fibers should be present during the carbonation step indicates that the formation of an inorganic (mineral) network around the fibers contributes to the strength enhancement observed in such tests.

【0124】 図16は、この実施例2によって作製した手すき紙の灰分含量に対する裂断長の 図である。図16は、本発明によって作製した複合体製品は、同様の灰分含量を有
して作製したコントロールと等しいかより高い裂断長を有することを説明する。
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the ash content and the breaking length of the handsheets produced according to Example 2. FIG. 16 illustrates that a composite product made according to the invention has a breaking length equal to or greater than a control made with a similar ash content.

【0125】 実施例3 この実施例は、繊維性材料の周りにアルミノシリケート無機物(鉱物)網目構造
が形成することを説明する。この方法は、セルロース系材料に加えて、酸化カル
シウム、珪酸ナトリウム、PCC及び硫化アルミニウムの組み合わせを使用するこ とを含む。この実施例によって作製した手すき紙及びそれらの成分は、表3以下
に要約する。表3に記載した全てのパーセントは、複合体のオーブン乾燥固形に 基づく重量%である。
Example 3 This example illustrates the formation of an aluminosilicate inorganic (mineral) network around a fibrous material. The method involves using a combination of calcium oxide, sodium silicate, PCC and aluminum sulfide in addition to the cellulosic material. The handsheets made according to this example and their components are summarized in Table 3 et seq. All percentages listed in Table 3 are by weight of the composite based on oven dried solids.

【0126】 約30g(オーブン乾燥ベース)の繊維性スラリー[80%の精練したポプラ(硬材)及
び20%の精練したバンクスマツ(軟材)]を3.02%濃度にて2000mlプラスチック容 器に測定した。表3で述べた量の沈降炭酸カルシウム(St.HelensからのHB PCC) 、酸化カルシウム(CaO E.M.Science GR powder CX0265−3 ロット#35222539) 、珪酸ナトリウムN溶液(National Silivate Limited, Toronto-44.26%オーブン
乾燥ベース)、硫化アルミニウム水和物(E. M. Science AX0745-2)、カチオンポ テトデンプン(Roquette CorpからのHi-Cat 168、バッチ No. E2845)及びパーコ ール175(Allied Colloidsからの保持助成剤、バッチNo.2266A)を加える間、繊 維性スラリーを攪拌した。
Approximately 30 g (on an oven-dried basis) of a fibrous slurry [80% scoured poplar (hardwood) and 20% scoured pine pine (softwood)] was measured at a concentration of 3.02% in a 2000 ml plastic container. . The amounts of precipitated calcium carbonate (HB PCC from St. Helens), calcium oxide (CaOEM. Science GR powder CX0265-3 lot # 35222539), sodium silicate N solution (National Silivate Limited, Toronto-44.26%) described in Table 3 Oven dried base), aluminum sulfide hydrate (EM Science AX0745-2), cationic potato starch (Hi-Cat 168 from Roquette Corp, batch No.E2845) and Percoll 175 (retention aid from Allied Colloids, batch) While adding No. 2266A), the fiber slurry was stirred.

【0127】 試験A-4RDにおいて、硫化アルミニウム及び繊維を共に混合した。15分間攪拌 した後、珪酸ナトリウムを加えた。酸化カルシウムを及びPCCを共に15分間攪拌 して、その後、それらを繊維、ミョウバン及び珪酸ナトリウムに加えた。In Test A-4RD, aluminum sulfide and fibers were mixed together. After stirring for 15 minutes, sodium silicate was added. The calcium oxide and PCC were stirred together for 15 minutes, after which they were added to the fiber, alum and sodium silicate.

【0128】 試験C-1P及びC-4PDにおいて、ミョウバンと繊維を共に混合した。。15分間攪
拌した後、酸化カルシウム及びPCC(これらも共に15分間攪拌した)をミョウバン と繊維に加えた。珪酸ナトリウムを繊維、ミョウバン、PCC及び酸化カルシウム からなる混合物に加えた。
In tests C-1P and C-4PD, alum and fiber were mixed together. . After stirring for 15 minutes, calcium oxide and PCC, both of which were also stirred for 15 minutes, were added to the alum and fiber. Sodium silicate was added to the mixture consisting of fiber, alum, PCC and calcium oxide.

【0129】 試験C-4R及びC-4RDにおいて、ミョウバンと繊維を共に混合した。15分間攪拌 した後、酸化カルシウム(水に分散させた)をミョウバンと繊維に加えた。その後
、珪酸ナトリウム及びPCC(共に15分間攪拌した)とを繊維に加えた。
In Tests C-4R and C-4RD, alum and fiber were mixed together. After stirring for 15 minutes, calcium oxide (dispersed in water) was added to the alum and fiber. Thereafter, sodium silicate and PCC (both stirred for 15 minutes) were added to the fibers.

【0130】 試験S-8R及びS-8RDにおいて、珪酸ナトリウム及び繊維を混合した。15分間攪 拌した後、酸化カルシウム及びPCC(これらも共に15分間攪拌した)を珪酸ナトリ ウム及び繊維に加えた。その後、硫化アルミニウムを繊維、珪酸ナトリウム、PC
C及び酸化カルシウムからなる混合物に加えた。全ての成分を上で示したように 加えた後、紙料を4リットルに希釈し、攪拌する一方、2%のデンプンを加えた。
その後、0.035%のパーコール175を攪拌しながら加えた。2分後攪拌を中止し、 手すき紙を作製した。対照例を同様に作製したが、ミョウバン、珪酸ナトリウム
又は酸化カルシウムを使用しなかった。すべての手すき紙は、Noble & Wood正 方手すき紙型上で形成し、20psiで湿部用フェルトプレスして、ドラム乾燥機で2
00°Fに乾燥した。この実施例にしたがって作製した手すき紙に対する目標ベー ス重量は、60g/m2であった。手すき紙をTAPPI T222によって調整して、同じ環境
において試験した。引張試験を、TAPPI法T494によって7.インチ試験片上で1イン
チ/分のクロスヘッド速度で行なった。ISO白色度をTechnibrite Micro TB-1C上 で測定し、Thwing-Albert Model 323 不透明度計を用いて不透明度を測定した。
不透明度をKubrlka-Munk式を使用して60g/m2ベース重量に訂正した。延びとTEA は、ベース重量に訂正しなかった。この最初の実施例に対して作製した各手すき
紙の構成を表4以下に要約した。
In tests S-8R and S-8RD, sodium silicate and fiber were mixed. After stirring for 15 minutes, calcium oxide and PCC, both of which were also stirred for 15 minutes, were added to the sodium silicate and fiber. After that, aluminum sulfide is added to fiber, sodium silicate, PC
C and added to a mixture consisting of calcium oxide. After all of the ingredients were added as indicated above, the stock was diluted to 4 liters and stirred while 2% starch was added.
Thereafter, 0.035% of Percoll 175 was added with stirring. After 2 minutes, stirring was stopped, and handsheets were produced. Controls were similarly prepared, but did not use alum, sodium silicate or calcium oxide. All handsheets are formed on Noble & Wood square handsheet molds, wet felt pressed at 20 psi, and dried in a drum dryer.
Dried to 00 ° F. The target base weight for handsheets made according to this example was 60 g / m 2 . Handsheets were prepared with TAPPI T222 and tested in the same environment. Tensile tests were performed by TAPPI method T494 on 7. inch specimens at a crosshead speed of 1 inch / min. ISO whiteness was measured on a Technibrite Micro TB-1C and opacity was measured using a Thwing-Albert Model 323 opacity meter.
Opacity was corrected to 60 g / m 2 base weight using the Kubrlka-Munk equation. Elongation and TEA did not correct for base weight. The composition of each handsheet made for this first example is summarized in Table 4 et seq.

【0131】 この実施例3は、複合体製品を本発明にしたがってアルミノシリケート無機物
(鉱物)網目構造を有して作製できることを証明する。さらに、図17の灰分対裂断
長の図は、さらに、このような複合体製品は、等量の灰分にて従来方法を使用し
て作製した製品について強度特性が一般に増加することを証明する。
Example 3 shows that a composite product was prepared according to the present invention using an aluminosilicate inorganic material.
Prove that it can be manufactured with a (mineral) network structure. Further, the ash versus break length diagram of FIG. 17 further demonstrates that such composite products generally have increased strength properties for products made using conventional methods with equal amounts of ash. .

【0132】 実施例4 さらにこの実施例は、実施例1-2で述べたものと同様の方法を使用する複合体 製品の形成を考察する。この実施例にしたがって作製した手すき紙及びそれらの
成分は、表4以下に要約する。 約30g(オーブン乾燥ベース)の繊維性スラリー[80%の精練したポプラ(硬材)
及び20%の精練したバンクスマツ(軟材)]を3.48%濃度にて2000mlプラスチック 容器に測定した。その後、表4に述べた条件を使用して手すき紙を作製した。表 4の複合体製品を作製するために使用した材料は、沈降炭酸カルシウム(St.Hel
ens製粉所からのHB PCC)、酸化カルシウム(CaO E.M.Science GR powder CX0265
−3 ロット#35222539)、珪酸ナトリウムN溶液(The PQ Corp, Valley Forge, PA
; 42.06%オーブン乾燥ベース)、カチオンポテトデンプン(Roquette Corpからの
Hi-Cat 168、バッチ #E2845)及びパーコール175(Allied Colloidsからのカチオ
ン保持助成剤、バッチ#2266A)を含んだ。 この実施例4の全ての手すき紙は、2%のデンプンを使用する。試験T18及びT1
9において、酸化カルシウム及び珪酸ナトリウムを繊維なしで共に炭酸化した。 炭酸化を、攪拌しながら、かつ、約1psiの低CO2移送圧でガス拡散管を通して行
なった。開始pHは、約13(EM Science colorpHast指示薬試験片)であり、サンプ ルを、約2.5時間の間、pHが約7になるまで炭酸化した。炭酸化したサンプルT-18
及びT-19を室温で貯蔵して、次の日に繊維と混合し、手すき紙を作製した。試験
T-19において、PCCを、炭酸化したフィラーの添加の前に繊維性スラリーを加え た。紙料を4.5リットルに希釈し、2%デンプンを加える間攪拌した。2分間攪拌 した後、0.035%パーコール175を紙料に加えた。攪拌をパーコールの添加後2分 間で停止し手すき紙を作製した。デンプン及びパーコールを加えるための同様の
手順を以下の手すき紙に使用した。
Example 4 This example further discusses the formation of a composite product using a method similar to that described in Example 1-2. Handsheets made according to this example and their components are summarized in Table 4 et seq. Approximately 30 g of fibrous slurry [80% scoured poplar (hardwood)]
And 20% of scoured bank pine (softwood)] were measured at 3.48% concentration in a 2000 ml plastic container. Thereafter, handsheets were prepared using the conditions described in Table 4. The material used to make the composite product of Table 4 was precipitated calcium carbonate (St. Hel).
HB PCC from ens mill, calcium oxide (CaO EM. Science GR powder CX0265)
−3 lot # 35222539), sodium silicate N solution (The PQ Corp, Valley Forge, PA
; 42.06% oven dried base), cationic potato starch (from Roquette Corp)
Hi-Cat 168, batch # E2845) and Percoll 175 (cation retention aid from Allied Colloids, batch # 2266A). All handsheets of this Example 4 use 2% starch. Test T18 and T1
At 9, calcium oxide and sodium silicate were co-carbonated without fiber. Carbonation was performed through a gas diffusion tube with stirring and at a low CO 2 transfer pressure of about 1 psi. The starting pH was about 13 (EM Science color pHast indicator test strip) and the sample was carbonated for about 2.5 hours until the pH was about 7. Carbonated sample T-18
And T-19 were stored at room temperature and mixed with the fibers the next day to make handsheets. test
At T-19, PCC and fibrous slurry were added prior to the addition of the carbonated filler. The stock was diluted to 4.5 liters and stirred while adding 2% starch. After stirring for 2 minutes, 0.035% Percoll 175 was added to the stock. Stirring was stopped two minutes after the addition of Percoll to produce handsheets. A similar procedure for adding starch and percoll was used for the following handsheets.

【0133】 試験T-20及びT-21において、酸化カルシウム及び珪酸ナトリウムを、pHが約12
から約7まで減少するまで繊維と炭酸化した。炭酸化時間は、T-20に対して約2時
間で、T-21に対して約1時間であった。T-20に対して酸化カルシウム及び珪酸ナ トリウムの量は、T13を作製するための以前に使用したものと同様であったが、 炭酸化と手すき紙作製との間の遅延時間は、異なっていた(T-20に対しては、1時
間で、T13に対しては、20時間であった)。T-21の手すき紙を、炭酸化後に約3.5 時間で作製した。
In tests T-20 and T-21, calcium oxide and sodium silicate were added to a pH of about 12
Carbonated with fiber until reduced to about 7. Carbonation time was about 2 hours for T-20 and about 1 hour for T-21. The amounts of calcium oxide and sodium silicate for T-20 were similar to those previously used to make T13, but the lag time between carbonation and handsheet making was different. (1 hour for T-20 and 20 hours for T13). T-21 handsheets were made approximately 3.5 hours after carbonation.

【0134】 PCC、酸化カルシウム、及び珪酸ナトリウムを、試験T-22、T-23及びT-24にお いて、pHが約13から約7へと減少するまで繊維なしに共に炭酸化した。炭酸化時 間は、約1.5時間であった。炭酸化したサンプルを室温で貯蔵した。T-22に対す るPCC、酸化カルシウム及び珪酸ナトリウムの量は、T15に対して以前使用したも
のと同じであったが、炭酸化と手すき紙作製との間の遅延時間は、異なっていた
(T-22の5時間に対してT15の22時間)。 この実施例4の全ての手すき紙は、Noble & Wood正方手すき紙型上で形成し 、20psiにて湿部用フェルトプレスして、ドラム乾燥機上で200°Fにて乾燥した 。この実施例にしたがって作製した手すき紙に対する目標ベース重量は、60g/m2 であった。手すき紙をTAPPI T222によって調整し、同じ環境において試験した。
引張試験を、TAPPI法T494にしたがって7.1“試験片上で1インチ/分のクロスヘッ
ド速度にて行なった。ISO白色度をTechnibrite Micro TB-1C上で測定し、Thwing
-Albert Model 323 不透明度計を用いて不透明度を測定した。延びとTEAは、ベ ース重量に訂正しなかった。
PCC, calcium oxide, and sodium silicate were co-carbonated without fibers in tests T-22, T-23 and T-24 until the pH decreased from about 13 to about 7. Carbonation time was about 1.5 hours. Carbonated samples were stored at room temperature. The amounts of PCC, calcium oxide and sodium silicate for T-22 were the same as previously used for T15, but the lag time between carbonation and handsheet making was different.
(22 hours at T15 versus 5 hours at T-22). All handsheets of this Example 4 were formed on Noble & Wood square handsheet molds, wet felt pressed at 20 psi, and dried at 200 ° F on a drum dryer. The target base weight for handsheets made according to this example was 60 g / m 2 . Handsheets were prepared with TAPPI T222 and tested in the same environment.
Tensile tests were performed according to TAPPI method T494 at a crosshead speed of 1 inch / min on 7.1 "specimens. ISO whiteness was measured on a Technibrite Micro TB-1C and measured for Thwing.
-Opacity was measured using an Albert Model 323 opacity meter. Extension and TEA did not correct for base weight.

【0135】 この実施例4と表5に説明したようにこの結果は、全ての試験サンプルでは、コ
ントロール手すき紙と比較して強度(すなわち、裂断長)が増加したことを証明す
る。図18の灰分含量対裂断長のグラフもこの結果を証明する。しかしながら、好
ましい手法は、繊維の存在下において無機物(鉱物)網目構造を形成することであ
ると思えることも注目すべきである。例えば、T18とT20との比較は、炭酸化工程
中に繊維の存在しないT18に対する1.36kmから炭酸化工程中に繊維が存在するT20
に対する約1.88kmへ裂断長における増加を説明する。
As described in this Example 4 and Table 5, this result demonstrates that all test samples have increased strength (ie, breaking length) compared to control handsheets. The graph of ash content versus breaking length in FIG. 18 also demonstrates this result. However, it should also be noted that the preferred approach seems to be to form an inorganic (mineral) network in the presence of the fibers. For example, a comparison between T18 and T20 is from 1.36 km for T18 where no fiber is present during the carbonation step to T20 where fiber is present during the carbonation step.
Explain the increase in break length to about 1.88 km.

【0136】 試験T20は、T13の結果を再現するための試みであった。興味深いことに、T20 の手すき紙は、T13と比較してより低い灰分含量(27.6%対33.5%)とより低い引 張強度(1.88対1.98km)を有した。試験T13とT20との間の一つの主要な違いは、処
理時間、すなわち、無機物(鉱物)網目構造を形成するための許容される時間の量
である。T13に対する処理時間は、T20に対する約1時間だけと比較して約20時間 であった。それゆえ、少なくとも無機物(鉱物)網目構造の形成が実質的に完了す
るまで処理時間を増加することによってより高い強度の向上が生じたように考え
られる。
Test T20 was an attempt to replicate the results of T13. Interestingly, T20 handsheets had a lower ash content (27.6% vs. 33.5%) and lower tensile strength (1.88 vs 1.98km) compared to T13. One major difference between tests T13 and T20 is the processing time, ie, the amount of time allowed to form a mineral (mineral) network. The processing time for T13 was about 20 hours compared to only about 1 hour for T20. It is therefore likely that a higher strength improvement has occurred by increasing the treatment time at least until the formation of the inorganic (mineral) network is substantially completed.

【0137】 さらに、この実施例4の結果は、商業的に入手可能なPCCは、無機物(鉱物)網 目構造の形成中に存在する必要がなく、それゆえ、酸化カルシウム及び珪酸ナト
リウムの炭酸化(酸化)工程中に存在する必要がないことを証明する。
In addition, the results of this Example 4 show that commercially available PCC does not need to be present during the formation of the mineral (mineral) network, and therefore, the carbonation of calcium oxide and sodium silicate. Prove that it does not need to be present during the (oxidation) step.

【0138】 実施例5 この実施例は、複合体製品の形成を考察し、さらに、硬化時間、硬化温度、炭
酸化工程中の繊維の存在率(0.10及び100%)及び商業的に得たPCCの添加量(0及 び50%)の影響を調査する。珪酸ナトリウム濃度を12.1%にて、デンプンを2%に
て及びパーコール保持助成剤を0.035%にて一定に保持した。この実施例によっ て作製した手すき紙及びそれらの成分は、表5以下に要約する。
Example 5 This example discusses the formation of a composite product and further examines cure time, cure temperature, fiber abundance during the carbonation step (0.10 and 100%) and commercially obtained PCC Investigate the effect of the added amount (0 and 50%). The sodium silicate concentration was kept constant at 12.1%, the starch at 2% and the Percoll retention aid at 0.035%. The handsheets made according to this example and their components are summarized in Table 5 et seq.

【0139】 約30g(オーブン乾燥ベース)の繊維性スラリー[80%の精練したポプラ(硬材)
及び20%の精練したバンクスマツ(軟材)]を2.99%濃度にて2000mlプラスチック 容器に測定した。その後、表5に述べた条件を使用して手すき紙を作製した。表 5の複合体製品を作製するために使用した材料は、沈降炭酸カルシウム(St.Hel
ens製粉所からのHB PCC)、酸化カルシウム(CaO E.M.Science GR powder CX0265
−3 ロット#35222539)、珪酸ナトリウムN溶液(The PQ Corp, Valley Forge, PA
; 42.06%オーブン乾燥ベース)、カチオンポテトデンプン(Roquette Corpからの
Hi-Cat 168、バッチ #E2845)及びパーコール175(Allied Colloids Inc.からの
カチオン保持助成剤、バッチ#2266A)を含んでいた。
Approximately 30 g (oven dried base) of fibrous slurry [80% scoured poplar (hardwood)
And 20% refined Banks pine (softwood)] were measured at 2.99% concentration in a 2000 ml plastic container. Thereafter, handsheets were prepared using the conditions described in Table 5. The materials used to make the composite products of Table 5 were precipitated calcium carbonate (St. Hel
HB PCC from ens mill, calcium oxide (CaO EM. Science GR powder CX0265)
−3 lot # 35222539), sodium silicate N solution (The PQ Corp, Valley Forge, PA
; 42.06% oven dried base), cationic potato starch (from Roquette Corp)
Hi-Cat 168, batch # E2845) and Percoll 175 (cation retention aid from Allied Colloids Inc., batch # 2266A).

【0140】 試験T-25、T-26、T-27及びT-28において、酸化カルシウム及び珪酸ナトリウム
を、複合体製品を形成するために使用した繊維の100%の存在下でpHが約12から 約7へ減少するまで炭酸化した。炭酸化は、攪拌しながら、ガス拡散管を使用し
て約1psiの低移送CO2圧で行なった。炭酸化したサンプルを手すき紙を作製する まえに約20時間(T-25及びT-27)から約42時間(T-26)の間39°Fにて貯蔵した。T-2
8の炭酸化したサンプルを約70°Fで手すき紙を作製する前に約20時間貯蔵した。
In Tests T-25, T-26, T-27 and T-28, calcium oxide and sodium silicate were added to a pH of about 12 in the presence of 100% of the fibers used to form the composite product. From about 7 to about 7. Carbonation was performed with low transfer CO 2 pressure of about 1 psi using a gas diffusion tube with stirring. The carbonated samples were stored at 39 ° F for about 20 hours (T-25 and T-27) to about 42 hours (T-26) before making handsheets. T-2
The eight carbonated samples were stored at about 70 ° F. for about 20 hours before making handsheets.

【0141】 T-25及びT-26において、PCCの全てを、珪酸ナトリウム/CaO混合物の炭酸化に よって形成した。試験T-27からT-32において、最終PCC量の半量を、商業的に入 手可能なPCCを使用して加えた。At T-25 and T-26, all of the PCC was formed by carbonation of the sodium silicate / CaO mixture. In tests T-27 to T-32, half of the final PCC volume was added using commercially available PCC.

【0142】 試験T-29及びT-30において、複合体製品を作製するために使用した繊維10%
のみを、CaO及び珪酸ナトリウム混合物の炭酸化の間存在させた。T-29の炭酸化 したサンプルを繊維の残部(90%)と混合して、その後、冷蔵庫で手すき紙を作製
する前に約20時間の間貯蔵した。T-30の炭酸化したサンプルを冷蔵庫で繊維の残
部(90%)と混合する前に約20時間貯蔵した。
In tests T-29 and T-30, 10% of the fiber used to make the composite product
Only was present during the carbonation of the CaO and sodium silicate mixture. The carbonated sample of T-29 was mixed with the remainder of the fiber (90%) and then stored in a refrigerator for about 20 hours before making handsheets. The carbonated sample of T-30 was stored in the refrigerator for about 20 hours before mixing with the rest of the fiber (90%).

【0143】 試験T-31及びT-32において、酸化カルシウム及び珪酸ナトリウムを繊維なしに
共に炭酸化した。T-31の炭酸化したサンプルを使用して炭酸化後約0.5時間で手 すき紙を作製した。T-32の炭酸化したサンプルを繊維と混合して、その後、手す
き紙を作製する前に約20時間冷蔵庫で貯蔵した。
In tests T-31 and T-32, calcium oxide and sodium silicate were both carbonated without fiber. About 0.5 hour after carbonation, a handsheet was prepared using the carbonated sample of T-31. The carbonated sample of T-32 was mixed with the fiber and then stored in a refrigerator for about 20 hours before making handsheets.

【0144】 この実施例5の全ての手すき紙を、Noble & Wood正方手すき紙型上で形成し 、20psiにて湿部用フェルトプレスして、ドラム乾燥機上で200°Fにて乾燥した 。この実施例にしたがって作製した手すき紙に対する目標ベース重量は、60g/m2 であった。手すき紙をTAPPI T222によって調整し、同じ環境において試験した。
引張試験を、TAPPI法T494にしたがって7.1“試験片上で1インチ/分のクロスヘッ
ド速度にて行なった。引張強度を、裂断長としてkmで記録した。ISO白色度をTec
hnibrite Micro TB-1C上で測定し、Thwing-Albert Model 323 不透明度計を用い
て不透明度を測定した。伸びとTEAは、ベース重量に対して較正しなかった。
All handsheets of this Example 5 were formed on a Noble & Wood square handsheet mold, wet felt pressed at 20 psi, and dried at 200 ° F on a drum dryer. The target base weight for handsheets made according to this example was 60 g / m 2 . Handsheets were prepared with TAPPI T222 and tested in the same environment.
Tensile tests were performed according to TAPPI method T494 at a crosshead speed of 1 inch / min on 7.1 "specimens. Tensile strength was recorded as the breaking length in km. ISO brightness was Tec
Opacity was measured on a hnibrite Micro TB-1C and opacity was measured using a Thwing-Albert Model 323 opacity meter. Elongation and TEA were not calibrated to base weight.

【0145】 図19の灰分含量対裂断長のグラフは、複合体製品は、従来の方法を使用して作
製したコントロール手すき紙より等量の灰分含量にてより長い裂断長を典型的に
有することを証明する。図20は、灰分含量対裂断長のグラフであり、実施例2に よって得られたデータを表す。このグラフは、本発明にしたがって作製した複合
体製品が約3%から約12%の珪酸塩比率を有し、30%以上の灰分含量を有し、少 なくとも1.4kmの裂断長を維持したことを明白に証明する。コントロール曲線は 、この高さの灰分含量へと伸びてさえいないが、推定により、従来方法によって
作製される手すき紙の裂断長は、約0.8kmのみのオーダ上であると思われる。
The graph of ash content vs. break length in FIG. 19 shows that the composite product typically has a longer break length at an equivalent ash content than control handsheets made using conventional methods. Prove that you have. FIG. 20 is a graph of ash content versus breaking length, representing data obtained in Example 2. This graph shows that the composite product made according to the present invention has a silicate content of about 3% to about 12%, has an ash content of 30% or more, and maintains a breaking length of at least 1.4 km. Prove clearly what you have done. The control curve does not even extend to this level of ash content, but it is estimated that the tear length of handsheets made by conventional methods is on the order of only about 0.8 km.

【0146】 実施例5は、処理時間が本発明によって作製したセルロース系製品の強度及び
灰分含量に影響する可能性があることも説明する。例えば、処理時間を試験T-25
に対して22時間から試験T-26に対して42時間に増加させた。これは、T-25の1.75
kmからT-26の1.95へ裂断長の増加と、T-25の32.2%からT-26の34.8%へ灰分含量
における増加によって示されるように、強度の増加を結果として生じた。セルロ
ース系材料の存在下で無機物(鉱物)網目構造を形成することは、本発明による複
合体製品の形成に関して考察するための重要なファクターであると思われる。試
験T-29は、約10%の繊維のみの存在下において無機物(鉱物)網目構造を形成す
ることによって、製品を生産した。T-29の裂断長は、約1.29kmであった。無機物
(鉱物)網目構造を、T-27として100%の繊維存在下において形成した時、その後 、手すき紙の裂断長は、T-29に対して、1.65kmまで増加した。
Example 5 also illustrates that treatment time can affect the strength and ash content of cellulosic products made according to the present invention. For example, set the processing time to test T-25
From 22 hours to 42 hours for test T-26. This is 1.75 of T-25
An increase in breaking length from km to 1.95 for T-26 and an increase in ash content from 32.2% for T-25 to 34.8% for T-26 resulted. The formation of an inorganic (mineral) network in the presence of a cellulosic material appears to be an important factor to consider with respect to the formation of a composite product according to the present invention. Test T-29 produced a product by forming an inorganic (mineral) network in the presence of only about 10% fiber. The breaking length of T-29 was about 1.29 km. Inorganic
When the (mineral) network was formed in the presence of 100% fibers as T-27, then the tear length of the handsheet increased to 1.65 km relative to T-29.

【0147】 最終的に、PCCを、そのままPCCの炭酸化中の形成によってか、又は商業的に入
手可能なPCCの添加によってのいずれかで複合体製品に加えることができる。い ずれの方法も機能して、わずかな違いが、T-25(PCC不添加、裂断長=1.75km)とT
-27(PCC添加、裂断長=1.65km)とを比較するによって、強度においてみられる。
Finally, the PCC can be added to the composite product either by formation during the carbonation of the PCC as it is or by the addition of commercially available PCC. Both methods worked, with the slight difference between the T-25 (without PCC, breaking length = 1.75 km) and the T
Compared with -27 (PCC added, breaking length = 1.65km), the strength is seen.

【0148】 以下の例は、コントロールと比較して本発明の方法によって作製した紙の湿潤
引張強度を調べるものである。湿潤引張強度は、紙製品の生産に対して考えられ
る重要なパラメーターである。湿潤引張強度の増加は、意義ある経済的優位性を
与えることができる。以下の実施例は、本発明の方法によって作製した紙製品が
、コントロールに対して著しく向上した湿潤引張強度を有することを明白に証明
する。
The following example examines the wet tensile strength of paper made by the method of the present invention as compared to a control. Wet tensile strength is an important parameter considered for the production of paper products. Increasing wet tensile strength can provide a significant economic advantage. The following examples clearly demonstrate that paper products made by the method of the present invention have significantly improved wet tensile strength relative to controls.

【0149】 実施例6 紙製品を上述したように作製することができ、そこで無機物(鉱物)網目構造が
セルロース系材料の存在下において形成される。Mg-FLOCC紙及びSi-FLOCC紙も、
この材料をセルロースに加える時より前に無機物(鉱物)網目構造を少なくとも部
分的に形成することによって作製することができる。この1つの利点は、紙製品 の連続形成を可能とすることである。
Example 6 A paper product can be made as described above, where an inorganic (mineral) network is formed in the presence of the cellulosic material. Mg-FLOCC paper and Si-FLOCC paper also
It can be made by at least partially forming an inorganic (mineral) network before adding this material to the cellulose. One advantage of this is that it allows for the continuous formation of paper products.

【0150】 この実施例は、Mg-FLOCC紙を生産するための無機物(鉱物)網目構造形成組成物
の作り方を記述する。345gの珪酸ナトリウム(76.3%のSiO2、23.7%のNa2Oを使 用して形成)、27.1gの酸化マグネシウム及び10リットルの水からなる水性組成物
を作製した。72gの硫化アルミニウム[Al2(SO4)3・14-18H2O]又は39gのAl2(SO4) 及び1リットルの水からなる水性硫化アルミニウム混合物を作製した。硫化ア ルミニウム混合物を珪酸ナトリウム及び酸化マグネシウムの水性混合物に加えた
。混合した混合物を二酸化炭素を用いて炭酸化して約7〜約7.5までのpHを得た。
This example demonstrates the use of an inorganic (mineral) network forming composition for producing Mg-FLOCC paper.
Describe how to make. 345 g sodium silicate (76.3% SiOTwo, 23.7% NaTwoO2), an aqueous composition consisting of 27.1 g of magnesium oxide and 10 liters of water
Was prepared. 72 g of aluminum sulfide [AlTwo(SOFour)Three・ 14-18HTwoO] or 39 g of AlTwo(SOFour) 3 And an aqueous aluminum sulfide mixture consisting of 1 liter of water. The aluminum sulfide mixture was added to the aqueous mixture of sodium silicate and magnesium oxide
. The combined mixture was carbonated with carbon dioxide to obtain a pH of about 7 to about 7.5.

【0151】 実施例7 この実施例は、Si-FLOCC紙製品を作るための組成物及び方法を記述する。265 gの珪酸ナトリウム(76.3%のSiO2、23.7%のNa2Oを使用して形成)及び10リット
ルの水からなる水性組成物を作製した。混合物を二酸化炭素を用いて炭酸化して
約7〜約7.5までのpHを得た。
Example 7 This example describes a composition and method for making a Si-FLOCC paper product. An aqueous composition was made up of 265 g of sodium silicate (formed using 76.3% SiO 2 , 23.7% Na 2 O) and 10 liters of water. The mixture was carbonated with carbon dioxide to obtain a pH from about 7 to about 7.5.

【0152】 実施例8 この実施例は、Ca-FLOCC、Mg-FLOCC、Si-FLOCC手すき紙の湿潤引張強度を比較
する。この実施例は、PCCの使用も評価してCa-FLOCC、Mg-FLOCC及びSi-FLOCC手 すき紙を形成する。その後、これらの手すき紙の湿潤引張強度を、12%PCC充填 剤及び24%PCC充填剤を使用して従来方法で作製したコントロール手すき紙と比 較した。
Example 8 This example compares the wet tensile strength of Ca-FLOCC, Mg-FLOCC, Si-FLOCC handsheets. This example also evaluates the use of PCC to form Ca-FLOCC, Mg-FLOCC and Si-FLOCC handsheets. The wet tensile strength of these handsheets was then compared to control handsheets made in a conventional manner using 12% and 24% PCC fillers.

【0153】 オルガノポール保持システムを使用してコントロール手すき紙を作製した。保
持システムは、0.035重量%のオルガノポール21、非イオン性ポリマー、及び0
.4重量%ベントナイト(Hydrocol O)を含んだ。
A control handsheet was made using an organopole retention system. The retention system consists of 0.035% by weight of organopol 21, a non-ionic polymer, and
Contains 0.4% by weight bentonite (Hydrocol O).

【0154】 Ca-FLOCC、Ma-FLOCC及びSi-FLOCC手すき紙を以下のように作製した。75%の硬
材及び25%の軟材からなるパルプ(標準パルプは、450CSFに精練された南部市場 の硬材及び軟材からなる)を供給する。その後、このパルプを、実施例6及び7で 上述したように作製したMg-FLOCC及びSi-FLOCC組成物と混合した。その後充填剤
を、表6以下に示したようにパルプ/Ca-FLOCC、Mg-FLOCC及びSi-FLOCC組成物に加
えた。標準PCC(Albacar LO)をPCCだけのコントロール紙に使用した。オルガノポ
ール保持システムを混合物に加えて、その後手すき紙を形成した。
Ca-FLOCC, Ma-FLOCC and Si-FLOCC handsheets were prepared as follows. Supply pulp consisting of 75% hardwood and 25% softwood (standard pulp consists of southern market hardwood and softwood refined to 450CSF). This pulp was then mixed with the Mg-FLOCC and Si-FLOCC compositions made as described above in Examples 6 and 7. The filler was then added to the pulp / Ca-FLOCC, Mg-FLOCC and Si-FLOCC compositions as shown in Table 6 et seq. Standard PCC (Albacar LO) was used for PCC-only control paper. An organopole retention system was added to the mixture, after which a handsheet was formed.

【0155】 FLOCCとPCCだけの手すき紙との統計的な比較を表7以下に与える。 A statistical comparison between FLOCC and PCC-only handsheets is given in Table 7 et seq.

【0156】 1)プレス固形における変化を、絶対値として表現する。「−」はPCCのみのコン トロールからの固形における減少を示す。 2)負荷ピークにおける変化を、相対的な%として表現する。「+」はPCCのみの コントロールにわたる増加を示す。 3)同じ保持システムをFLOCC及びPCCのみの手すき紙に使用した。1) The change in the press solids is expressed as an absolute value. "-" Indicates a decrease in solids from the PCC only control. 2) Express the change in load peak as a relative%. "+" Indicates an increase over PCC only controls. 3) The same holding system was used for handsheets with FLOCC and PCC only.

【0157】 標準的な試験方法を、湿潤引張強度及び固形分の百分率の測定に使用した。形
成するワイヤー上に置いた型を用いてNoble and Wood 手すき紙型上で形成して 、紙形成の間3つの6 1/4 “by1”試験片を生産した。紙を形成した後、試験片 型を取り除き、圧力をニップに適用して、紙とワイヤーを、ロールプレスを通し
て走行するフェルトの間でプレスする。試験片を、慎重に取り出し、気密容器に
設置し荷重した。引張測定を、OPCo湿潤ウエブ引張テスター(Thwing-Albert Ins
trument Co.)上で4秒のテスト間隔及び0.05インチ/分の速度で行なった。試験片
を乾燥し湿度を決定し、形成した紙の残部をベース重量及び灰分含量のために乾
燥し、荷重し灰とした。
Standard test methods were used to determine wet tensile strength and percent solids. Three 61/4 "by1" specimens were produced during paper formation using a mold placed on the forming wire and formed on a Noble and Wood handsheet mold. After the paper is formed, the specimen mold is removed, pressure is applied to the nip, and the paper and wire are pressed between the felt running through a roll press. The test piece was carefully removed, placed in an airtight container and loaded. Tensile measurements were performed using an OPCo wet web tensile tester (Thwing-Albert Ins
trument Co.) at a test interval of 4 seconds and a speed of 0.05 inches / minute. The specimens were dried and the humidity determined, and the remainder of the paper formed was dried for base weight and ash content and loaded to ash.

【0158】 Ca-FLOCC、Mg-FLOCC及びSi-FLOCC/PCC手すき紙及びPCCのみの手すき紙は、固 形分の百分率においてほとんど同等であった。FLOCC-PCC手すき紙は、湿潤引張 強度試験においてPCCのみの手すき紙より15〜23%高い負荷ピークを有した。こ の実施例の内容及びパラメーター内だけでは、紙形成の成分の最良の組み合わせ
は、70psiでプレスしたCa-FLOCC/PCC手すき紙であるように思われ、この手すき
紙は、70psiでプレスしたPCCのみのコントロールにおける45.7%の固形に比較し
て45.4%の固形と、70psiでプレスしたPCCのみのコントロールにおける228ユニ ットの負荷ピークと比較して349ユニットの負荷ピークを有していた。
The Ca-FLOCC, Mg-FLOCC and Si-FLOCC / PCC handsheets and the handsheets with PCC only were almost equivalent in percent solids. The FLOCC-PCC handsheet had a load peak in the wet tensile strength test 15-23% higher than the PCC-only handsheet. Within the context and parameters of this example alone, the best combination of components for paper formation appears to be Ca-FLOCC / PCC handsheets pressed at 70 psi, and this handsheet was PCC pressed at 70 psi. It had 45.4% solids compared to 45.7% solids in the only control and a load peak of 349 units compared to the 228 unit peak in the PCC only control pressed at 70 psi.

【0159】 図21は、上述したように作製した手すき紙の湿潤引張強度が、固形分の百分
率が増加したときどのように変化するかを説明する。Ca-FLOCC、Mg-FLOCC及びSi
-FLOCC手すき紙は、コントロールより著しく高い湿潤引張強度を有した。
FIG. 21 illustrates how the wet tensile strength of a handsheet made as described above changes as the percentage of solids increases. Ca-FLOCC, Mg-FLOCC and Si
-FLOCC handsheets had significantly higher wet tensile strength than the control.

【0160】 紙製品は、ウエストミシガン大学のパイロットスケール抄紙機を使用して上述
した方法によって作製した。以下の実施例は、これらの紙がどのように生産され
たかを記述する。
Paper products were made by the method described above using a pilot scale paper machine at the University of West Michigan. The following example describes how these papers were produced.

【0161】 実施例9 この実施例は、Ca-FLOCC紙の形成を述べる。ウエストミシガン大学のハイドロ
パルパを、管として使用し繊維の存在下化学薬品を炭酸化し、保持タンクとして
使用して約24時間スラリーを処理した。480ガロンの水を、ハイドロパルパに加 えて、その後水酸化ライム{Ca(OH)2}の100 lbs.を慎重に加えた。以前の試験に おいて、水及びCa(OH)2の添加手順が逆であり、非常に多くの表面粉化を引き起 こした。約320rpmの混合して8分後、100 lbs.(O.D.) の南部軟材パルプ及び300l
bs.(O.D.)の南部硬材パルプを加えた。パルプと水酸化カルシウム混合物を約30 分間混合し、420rpmで混合した。その後、310ポンドの珪酸ナトリウム溶液(38.7
重量%水性珪酸ナトリウム、120 lbs。OD固形)をパルプスラリーに汲み上げて、
生じた混合物を、約30分間混合した。
Example 9 This example describes the formation of a Ca-FLOCC paper. The chemical was carbonated in the presence of fiber using the University of West Michigan hydropulpper as a tube and the slurry was treated for about 24 hours using a holding tank. 480 gallons of water was added to the hydropulper, followed by the careful addition of 100 lbs. Of lime hydroxide {Ca (OH) 2 }. In previous tests, the procedure of adding water and Ca (OH) 2 was reversed, causing a great deal of surface powdering. Eight minutes after mixing at about 320 rpm, 100 lbs. (OD) of southern softwood pulp and 300 l
bs. (OD) southern hardwood pulp was added. The pulp and calcium hydroxide mixture were mixed for about 30 minutes and mixed at 420 rpm. Then 310 pounds of sodium silicate solution (38.7
Wt% aqueous sodium silicate, 120 lbs. OD solids) into the pulp slurry,
The resulting mixture was mixed for about 30 minutes.

【0162】 混合物の炭酸化を、二酸化炭素ガス及び固形二酸化炭素(ドライアイス)を使用
して開始した。ガス調節装置の移送側は、約1psiであり、タンク側は、約20psi であった。ドライアイスを約2ポンド/分の割合で、パルプと反応混合物スラリー
に加えた。スラリーはパン生地の外観と性質を有していた。開始pHは、約13であ
った。約2.5時間で約175ポンドのドライアイスを加えた後、pHは、8.85であった
。ガス添加して4時間以上で、ドライアイス約25lb.後、スラリーpHは、約8.05 であり、一方目標pHは、8であった。その後、混合物を一昼夜放置処理した。こ の処理段階後、pHは、7.55であった。
The carbonation of the mixture was started using carbon dioxide gas and solid carbon dioxide (dry ice). The transfer side of the gas conditioner was about 1 psi and the tank side was about 20 psi. Dry ice was added to the pulp and reaction mixture slurry at a rate of about 2 pounds / minute. The slurry had the appearance and properties of dough. The starting pH was about 13. After adding about 175 pounds of dry ice in about 2.5 hours, the pH was 8.85. 4 hours or more after adding gas, dry ice about 25 lb. Later, the slurry pH was about 8.05, while the target pH was 8. Thereafter, the mixture was left to stand overnight. After this treatment step, the pH was 7.55.

【0163】 その後Ca-FLOCCパルプ混合物をパイロットスケール抄紙機の混合チェストに汲
み上げて、未処理パルプブレンド上の400CSFを達するのに使用した同じ時間とエ
ネルギーに対して精練した。Ca-FLOCC紙を、このパルプ混合物から充填剤として
PCC、サイジング剤としてASA及び0.4ポンド/トンのパーコール175からなる保持 システム(0.1%水溶液として使用)を使用して作製した。
[0163] The Ca-FLOCC pulp mixture was then pumped into the mixing chest of a pilot scale paper machine and scoured for the same time and energy used to reach 400 CSF on the untreated pulp blend. Ca-FLOCC paper as a filler from this pulp mixture
Prepared using PCC, ASA as a sizing agent and a retention system consisting of 0.4 lb / ton Percoll 175 (used as 0.1% aqueous solution).

【0164】 実施例10 この実施例は、アルミニウム含有Mg−FLOCCのバッチ的形成と、試験規
模の抄紙機(paper machine)上での紙材の製造に対する斯かる材
料の使用とを記述する。Mg−FLOCCプロセスで使用される化学薬品を組合
せる容器としては、ウェスタン・ミシガン大学におけるハイドロパルパが使用さ
れた。500ガロンの水がハイドロパルパ内で10.4ポンドの酸化マグネシウ
ム(MgO)と組合されると共に、ハイドロパルパのスクリュにより225 r
pmで約30分間混合された。そのときに、344ポンドのケイ酸ナトリウム(
38.7重量%のケイ酸ナトリウム水溶液;約133ポンドO.D.)溶液がM
gOおよび水の混合物内に圧送された。この組合混合物は25分間混合された。
{29.3ポンドのAl2 (SO4 )3 を提供した}54ポンドの硫酸ア
ルミニウム水和物が40ガロンの水に溶解された(0.22g硫酸アルミニウム
/グラム・ケイ酸塩)。この硫酸アルミニウム水溶液は濾過されると共に、ハイ
ドロパルパ内の上記混合物に添加された。 約7分の混合の後、上記混合物の炭酸化が、二酸化炭素ガスおよび固体二酸化
炭素(ドライアイス)を使用して開始された。混合物の最初のpHは10.44
であった。混合物に対しては、1〜2ポンド/分の速度にてドライアイスが添加
された。60分後にpHは7.17でありドライアイス添加は停止されたが、二
酸化炭素ガスの添加は継続された。反応混合物に対しては35ポンドのドライア
イスが添加された。80分後にpHが7.08となったときに二酸化炭素ガスの
添加は停止された。ターゲットpHは7であった。 この反応混合物は、混合チェスト内の400ポンドの(精製済25/75 S
W/HW Northernパルプ・ブレンドに対して圧送された。Mg−FL
OCC−パルプ混合物は次に、マシンチェストに向けて供給を行うブレンドチェ
ストに圧送された。このパルプ混合物からは、充てん剤としてのPCC、サイジ
ング剤としてのASA、および、0.4ポンド/トンのOrganopol 2
1(0.1%水溶液)および8ポンド/トンのベントナイト(0.5%水性懸濁
液として添加されたHydrocol O)とを含む保持システムとを使用して
、Mg−FLOCC紙材が作成された。これらの処理においては充てん剤の保持
が極めて良好であった。
Example 10 This example describes the batch formation of an aluminum-containing Mg-FLOCC and the use of such a material for the production of paper on a test-scale paper machine. Hydropulper from Western Michigan University was used as a container for combining the chemicals used in the Mg-FLOCC process. 500 gallons of water are combined with 10.4 pounds of magnesium oxide (MgO) in a hydropulper and 225 r.
Mix at pm for about 30 minutes. At that time, 344 pounds of sodium silicate (
38.7% by weight aqueous sodium silicate solution; about 133 pounds O.D. D. ) Solution is M
Pumped into a mixture of gO and water. The combination mixture was mixed for 25 minutes.
$ 54 pounds of aluminum sulfate hydrate, which provided $ 29.3 pounds of Al2 (SO4) 3, was dissolved in 40 gallons of water (0.22 g aluminum sulfate / gram silicate). The aluminum sulfate aqueous solution was filtered and added to the above mixture in the hydropulper. After mixing for about 7 minutes, carbonation of the mixture was started using carbon dioxide gas and solid carbon dioxide (dry ice). The initial pH of the mixture is 10.44
Met. Dry ice was added to the mixture at a rate of 1-2 pounds / minute. After 60 minutes, the pH was 7.17 and the addition of dry ice was stopped, but the addition of carbon dioxide gas was continued. 35 pounds of dry ice was added to the reaction mixture. When the pH reached 7.08 after 80 minutes, the addition of carbon dioxide gas was stopped. The target pH was 7. The reaction mixture was mixed with 400 pounds (purified 25/75 S
Pumped against W / HW Northern pulp blend. Mg-FL
The OCC-pulp mixture was then pumped to a blend chest feeding the machine chest. From this pulp mixture, PCC as filler, ASA as sizing agent, and 0.4 lb / ton Organopol 2
Mg-FLOCC paper was prepared using a holding system containing 1 (0.1% aqueous solution) and 8 lb / ton bentonite (Hydrocol O added as a 0.5% aqueous suspension). Was. In these treatments, the retention of the filler was extremely good.

【0165】 実施例11 この実施例は、Mg−FLOCC紙材の連続形成と、試験規模抄紙機による紙
材の作成に対する斯かる材料の使用とを記述する。450ガロンの水が、ハイド
ロパルパ内で10.4ポンドの酸化マグネシウム(MgO)と組合されると共に
、ハイドロパルパのスクリュにより150 rpmで約20分混合された。Mg
Oおよび水の混合物に対しては338ポンドのケイ酸ナトリウム(約131ポン
ドのO.D.)溶液が圧送され、その後に約50分間混合された。[29.3ポ
ンドのAl2 (SO4 )3 を提供する]54ポンドの硫酸アルミニウム水
和物が約40ガロンの水に溶解され、濾過され、且つ、上記ハイドロパルパ内の
反応混合物に添加された。
Example 11 This example describes the continuous formation of Mg-FLOCC paper and the use of such material for making paper on a test scale paper machine. 450 gallons of water was combined with 10.4 pounds of magnesium oxide (MgO) in the hydropulper and mixed with the hydropulper screw at 150 rpm for about 20 minutes. Mg
For the mixture of O and water, 338 pounds of sodium silicate (about 131 pounds of OD) solution was pumped, followed by mixing for about 50 minutes. [Providing 29.3 pounds of Al2 (SO4) 3] 54 pounds of aluminum sulfate hydrate was dissolved in about 40 gallons of water, filtered, and added to the reaction mixture in the hydropulper.

【0166】 5分間混合した後、(実施例10と同様の)二酸化炭素ガスおよび固体二酸化
炭素(ドライアイス)により炭酸化が開始された。スラリの最初のpHは約10
.24であった。スラリに対しては、約1〜2ポンド/分の速度でドライアイス
が添加された。pHは65分間後に7.23であり、ドライアイス添加は停止さ
れたが二酸化炭素ガスの添加は継続された。反応混合物に対して約35ポンドの
ドライアイスが添加された。90分後にpHがターゲットpHである7.00と
なったときに二酸化炭素ガスの添加は停止された。ゲル形成はバッチ式Mg−F
LOCCよりも濃く、実験室反応で観察されたゲルと更に等しかった。
After mixing for 5 minutes, carbonation was initiated with carbon dioxide gas (as in Example 10) and solid carbon dioxide (dry ice). The initial pH of the slurry is about 10
. 24. Dry ice was added to the slurry at a rate of about 1-2 pounds / minute. The pH was 7.23 after 65 minutes, and the addition of dry ice was stopped but the addition of carbon dioxide gas was continued. About 35 pounds of dry ice was added to the reaction mixture. After 90 minutes, the addition of carbon dioxide gas was stopped when the pH reached the target pH of 7.00. Gel formation is batch type Mg-F
Darker than LOCC and more equal to the gel observed in the laboratory reaction.

【0167】 この反応混合物は、底部吸引ホースを含む攪拌式の円錐状金属容器内に圧送さ
れた。このホースは遠心ポンプに接続された。ポンプからの流速はゲート弁によ
り約23.2ポンド/分または約2.7ガロンのスラリ/分に概略的に制御され
た。この流速は、Mg−FLOCC紙材を作成するバッチプロセスと等しい算出
値である3.1ガロン/分より低かった。このシステムにより、Mg−FLOC
C混合物(composition)はファンポンプへの滴下脚内に継続的に圧
送された。これらの処理においても良好な保持が観察された。処理が進展するに
つれて反応混合物はゲル化して濃密になり、攪拌を維持せねばならなかった。処
理の完了後、520ガロンのMg−FLOCC反応混合物の内の約150ガロン
が残存した。
The reaction mixture was pumped into a stirred conical metal container containing a bottom suction hose. This hose was connected to a centrifugal pump. The flow rate from the pump was roughly controlled by a gate valve to about 23.2 pounds / minute or about 2.7 gallons of slurry / minute. This flow rate was less than the calculated value of 3.1 gal / min, which is equivalent to the batch process for making Mg-FLOCC paper. With this system, Mg-FLOC
The C composition was continuously pumped into the drip leg to the fan pump. Good retention was also observed in these treatments. As the process proceeded, the reaction mixture gelled and became thicker, and stirring had to be maintained. After completion of the process, approximately 150 gallons of the 520 gallon Mg-FLOCC reaction mixture remained.

【0168】 以下の表8〜13は、上述の抄紙機の試行に対して獲得された結果を要約して
いる。列挙された紙材分析は全て、TAPPIの手順に従って行われた。炭酸塩
の量はCO2 電量計上で500℃の灰分に関して決定されることにより灰分の
PCC量を決定したが、それは予測レベル内であった。誘電的に結合されたプラ
ズマ分光器により、酸性化サンプル(塩酸)に関する金属分析が行われた。Ca
−FLOCC、Mg−FLOCCおよびSi−FLOCCのナトリウム量は対照
物の5〜10倍であり、紙材の導電性を増大した。このことは、導電性を増大す
る目的でサイズプレスにおいて塩を使用するのを回避するものである。Ca−F
LOCC、Mg−FLOCCおよびSi−FLOCCの増大したナトリウム量は
また、FLOCC成分が紙材内に取り入れられたことの証拠でもある。上述の如
く作成された紙材のSEM顕微鏡写真が撮影された(図22乃至図27参照)。 次の表8は、実施例9乃至11にて上述したCa−FLOCC、Mg−FLO
CCおよびSi−FLOCC紙材の各々に対する抄紙機試行に対する情報を提供
する。
Tables 8-13 below summarize the results obtained for the paper machine trials described above. All listed paper analyzes were performed according to the TAPPI procedure. The amount of carbonate was determined on the ash at 500 ° C. on a CO 2 coulometer to determine the PCC content of the ash, which was within the expected levels. Metal analysis was performed on the acidified sample (hydrochloric acid) with a dielectrically coupled plasma spectrometer. Ca
The sodium content of -FLOCC, Mg-FLOCC and Si-FLOCC was 5 to 10 times that of the control and increased the conductivity of the paper material. This avoids the use of salts in size presses to increase conductivity. Ca-F
The increased sodium content of LOCC, Mg-FLOCC and Si-FLOCC is also evidence that the FLOCC component was incorporated into the paper. SEM micrographs of the paper material prepared as described above were taken (see FIGS. 22 to 27). Table 8 below shows the Ca-FLOCC and Mg-FLO described in Examples 9 to 11.
Provides information on paper machine runs for each of the CC and Si-FLOCC paper stocks.

【0169】 [0169]

【0170】 注: 1 これらの試行に対して使用された保持システムは、HOとして示さ
れた8ポンド/トンHydrocol Oおよび0.4ポンド/ト
ンのOrganopol 21、または、Pとして示された0.4
ポンド/トンのPercol 175であった。 2 CAは、たとえば上述の添加装置を使用した鉱物の連続添加を指し ている。 3 SP Cal−150は、これらの抄紙機処理により作成された紙 材のサイズプレスおよびカレンダー加工を指している。
Notes: 1 The holding system used for these trials is indicated as HO
8 lb / ton Hydrocol O and 0.4 lb / ton
Organopol 21 or 0.4 indicated as P
Percol 175 pounds / ton. 2 CA refers to, for example, the continuous addition of minerals using the above-described addition equipment. 3 SP Cal-150 refers to the size press and calendering of paper produced by these paper machine processes.

【0171】 表9は、実施例9乃至11で上述された如く抄紙機で作成された紙材の物理的
特性に関するデータを、対照物紙材との比較において提供するものである。
Table 9 provides data on the physical properties of papers made on paper machines as described above in Examples 9-11 in comparison to control papers.

【0172】 [0172]

【0173】 表10は、上述の如く作成された紙材生成物が殆ど繊度(size)を有さな
いことを示している、と言うのも、紙材は塗布された水を容易に吸収したからで
ある。この繊度の欠如は、引き続く試験用抄紙機の試行で対処された。 図28乃至図31は、上記の実施例9乃至11に従って作成された紙材生成物
に対する、縦方向(紙目方向:machine direction)裂断長、
縦方向引張エネルギ吸収(TEA)、横方向TEA、および再湿潤裂断長をグラ
フで示している。図28は、FLOCC紙材生成物に対する縦方向裂断長が対照
物と比較して相当に改善されたことを明示している(“ポリ[poly.]”と
は、対照データに対するラインの多項適合を指している)。たとえば40%の灰
分量にて、Ca−FLOCC紙材に対する縦方向裂断長は、約26%灰分のみの
灰分量における対照物のそれと等しい。約32%灰分にてMg−FLOCC紙材
は、約25%灰分における対照物の縦方向裂断長と等しい縦方向裂断長を有して
いる。35%灰分にてSi−FLOCC紙材は、約28%灰分における対照物の
縦方向裂断長と等しい縦方向裂断長を有している。
Table 10 shows that the paper product produced as described above has little size, since the paper material readily absorbed the applied water. Because. This lack of fineness was addressed in subsequent trial paper machine trials. FIGS. 28 to 31 show the longitudinal (paper direction: machine direction) breaking length for the paper product produced according to the above Examples 9 to 11,
The longitudinal tensile energy absorption (TEA), the transverse TEA, and the rewet breaking length are shown graphically. FIG. 28 demonstrates that the longitudinal tear length for the FLOCC paper product was significantly improved compared to the control ("poly [poly.]" Refers to the polynomial of the line relative to the control data). Conformance). For example, at an ash content of 40%, the longitudinal tear length for Ca-FLOCC paper is equal to that of the control at an ash content of only about 26% ash. At about 32% ash, the Mg-FLOCC paper has a longitudinal tear length equal to that of the control at about 25% ash. At 35% ash, the Si-FLOCC paper has a longitudinal tear length equal to that of the control at about 28% ash.

【0174】 図29は、上述の如く作成されたFLOCC生成物の縦方向引張エネルギ吸収
を対照物と比較して示している。ここでも、Ca−FLOCC紙材は相当に改善
された縦方向TEAを有している。特に、Ca−FLOCCは42%灰分にて、
約24%灰分における対照物の縦方向TEAと等しい縦方向TEAを有している
。Mg−FLOCCおよびSi−FLOCC紙材もまた、対照物と比較して相当
に改善された縦方向TEA値を有している。35%灰分にてSi−FLOCC紙
材は約25%灰分における対照物のTEAと等しいTEAを有するが、約32%
灰分にてMg−FLOCCは約26%灰分における対照物の縦方向TEA値と等
しい縦方向TEA値を有している。 対照物と比較されたFLOCC紙材に関する図30は更に、縦方向TEAに関
して提供されたデータを具体化している。特に、Ca−FLOCCは最高のTE
Aを有すると思われ、且つ、約41%灰分にては約25%灰分での対照物のCD TEAと等しい。ここでも、Mg−FLOCC案Si−FLOCC紙材の両者
が対照物のそれよりも相当に良好である。
FIG. 29 shows the longitudinal tensile energy absorption of the FLOCC product made as described above compared to a control. Again, the Ca-FLOCC paper has a significantly improved longitudinal TEA. In particular, Ca-FLOCC is 42% ash,
It has a longitudinal TEA equal to the longitudinal TEA of the control at about 24% ash. Mg-FLOCC and Si-FLOCC papers also have significantly improved longitudinal TEA values as compared to the control. At 35% ash, the Si-FLOCC paper has a TEA equal to the control TEA at about 25% ash, but at about 32%
At ash, Mg-FLOCC has a longitudinal TEA value equal to the longitudinal TEA value of the control at about 26% ash. FIG. 30 for the FLOCC paper compared to the control further embodies the data provided for the longitudinal TEA. In particular, Ca-FLOCC is the best TE
A, and at about 41% ash equals the control CD TEA at about 25% ash. Again, both the Mg-FLOCC proposal Si-FLOCC paper material is significantly better than that of the control.

【0175】 図31は、FLOCC紙材に対する再湿潤シートの縦方向裂断長を対照物と比
較して示している。この図は、FLOCC紙材、特にCa−FLOCCプロセス
に関して提供された相当に優れた結果を劇的に示している。対照物に対する再湿
潤シートの最高の縦方向裂断長は、僅か約1%の灰分量における約340メータ
であった。対照物に対する再湿潤シートの縦方向裂断長は約340メータから、
充てん剤量が、故に灰分%が、約16%灰分まで増大したときに約170メータ
まで急激に減少した。これに対し、42%の灰分量にて、Ca−FLOCC紙材
に対する再湿潤シートの縦方向裂断長は約320メータであった(すなわち実質
的に、3%以下の充てん剤を有する対照物シートのそれである)。更に、Si−
FLOCCおよびMg−FLOCC紙材の両者もまた、対照物に対して相当に改
善された。たとえば約32%の灰分%にてMg−FLOCC紙材に関し、再湿潤
シートの縦方向裂断長は約210メータであり、15%灰分未満の灰分量におけ
る対照物のそれと等しい。同様に、Si−FLOCC紙材は35%の灰分量にて
約170メータの再湿潤シートの縦方向裂断長を有しており、約20%の灰分量
における対照物のそれと等しかった。再湿潤引張強度における増大は、鉱物網状
組織に強度由来する複合体生成物(composite product)に対
して期待される。故にこれは、これらの生成物の独特の特性を支持する。
FIG. 31 shows the longitudinal tear length of the rewet sheet for FLOCC paper compared to the control. This figure dramatically illustrates the significantly better results provided for the FLOCC paper, especially for the Ca-FLOCC process. The highest longitudinal tear length of the rewet sheet for the control was about 340 meters at an ash content of only about 1%. The longitudinal tear length of the rewet sheet relative to the control is from about 340 meters,
The filler amount, therefore, dropped sharply to about 170 meters when the% ash increased to about 16% ash. In contrast, at an ash content of 42%, the longitudinal tear length of the rewet sheet for Ca-FLOCC paper was about 320 meters (i.e., a control with substantially less than 3% filler). Is that of a sheet). Furthermore, Si-
Both the FLOCC and Mg-FLOCC papers also improved significantly over the control. For example, for Mg-FLOCC paper at about 32% ash%, the longitudinal tear length of the rewet sheet is about 210 meters, equivalent to that of the control at an ash content of less than 15% ash. Similarly, the Si-FLOCC paper had a longitudinal tear length of the rewet sheet of about 170 meters at an ash content of 35%, equivalent to that of the control at an ash content of about 20%. An increase in rewet tensile strength is expected for composite products that are strength derived from the mineral network. This therefore supports the unique properties of these products.

【0176】 実施例12 この実施例は更に、カラマズーのウェスタン・ミシガン大学における試験用抄
紙機で行われた試験用抄紙機試行に関している。これらの試行においては、FL
OCCプロセスにより作成された紙材生成物に対して内部サイジングが相当に増
大された。更に、セルロース−鉱物混合物に対しては二酸化チタンが添加され、
白色度および不透明度が増大された。 この実施例に対するパルプは、Jackson硬材パルプであった。試行にお
いて使用されたこり(梱)の繊維分析によれば、それは78〜73%の硬材と2
2〜27%の軟材のブレンドであることが示された。上記ブレンドは400漂白
クラフト硬材ターゲットへと精製された。50ガロンのプラスチック筒における
St.Helens粉砕機からはHB PCC(約20%の沈降炭酸カルシウム
)が得られた。
Example 12 This example further relates to a test paper machine trial performed on a test paper machine at the University of Western Michigan, Kalamazoo. In these trials, FL
The internal sizing has been significantly increased for the paper product produced by the OCC process. Further, titanium dioxide is added to the cellulose-mineral mixture,
Whiteness and opacity were increased. The pulp for this example was Jackson hardwood pulp. According to fiber analysis of the litter (bale) used in the trial, it was 78-73% hardwood and 2%.
It was shown to be a blend of 2 to 27% softwood. The blend was refined to a 400 bleached kraft hardwood target. St. in a 50 gallon plastic cylinder. HB PCC (about 20% precipitated calcium carbonate) was obtained from the Helens mill.

【0177】 上記保持システムはこの試行を通じて一定に維持されると共に、Organo
pol 21およびHydrocol Oを含んでいた。上記保持システムの化
学薬品は、バージニア州のサフォークのAllied Collids社により
供給された。 充てん剤材料としてPCCが添加された。全ての処理に対するターゲット充て
ん剤量は13%乃至28%であった。 内部サイズの増加を試みて、ASA/デンプン乳濁液および一定のウェットエ
ンド添加剤が変化せしめられた。使用されたASA乳濁液は、Cytecからの
ASAとStaley Stalok 400ALとの1:4の比率であった。
サイズプレスデンプンは、サイズプレスにて6%固体に調製されたStaley Ethylex 2040であった。サイズプレスで使用された表面サイズは
CytecからのCypres 310であった。二酸化チタンはSCMからの
TiO2 NA A310であり、WMUにより供給された。タルクはLuze
nac AmericaからのMistrofilであった。ポリ塩化アルミニ
ウム(PAC)は、Raisio ChemicalからのPhACSIZEで
あった。ジルコニウム製品であるProtec ZA7は、Magnesium Elektron社からのものであった。
The holding system was kept constant throughout this trial and
pol 21 and Hydrocol O. The retention system chemistry was supplied by Allied Collides, Suffolk, Virginia. PCC was added as a filler material. Target filler levels for all treatments were 13% to 28%. In an attempt to increase the internal size, ASA / starch emulsions and certain wet end additives were varied. The ASA emulsion used was a 1: 4 ratio of ASA from Cytec to Staley Stalok 400AL.
The size press starch was Staley Ethylex 2040 prepared to 6% solids in a size press. The surface size used in the size press was Cypress 310 from Cytec. Titanium dioxide is TiO2 NA A310 from SCM and was supplied by WMU. Talc is Luze
Mistrofil from Nac America. Polyaluminum chloride (PAC) was PhACSSIZE from Radio Chemical. The zirconium product, Protec ZA7, was from Magnesium Elektron.

【0178】 FLOCC紙材を作成すべく使用された全ての混合物(compositio
n)および化学薬品は、上述のものと同じであった。(38.75%固体と見做
される)ケイ酸ナトリウムO溶液は、Haviland Product社から
のものであった。酸化マグネシウムは、Martin Marietta Sp
ecialties社から特有のMag Chem 10と表示されていた。こ
の粉末は硬化されて塊状とされ、ケイ酸塩混合物に添加される前に粉砕された。
硫酸アルミニウムもしくは硫酸アルミニウム水和物{Al2 (SO43 ・ 18H2 O、鉄分なし、コード022−1322}はGeneral Che micalからのものであった。それは水に溶解されると共に、連続FLOCC
装置およびウェットエンドで使用された。 上記二酸化炭素は、Air Productsからの液体Dewarのガス枝
管から獲得された。上記ガスは、ガス加熱器、2段階レギュレータ、流量計、1
/4インチ銅管、ガス遮断弁、次に、連続装置の炭酸化ユニット内に配置された
8個の銅製ガス拡散器(1インチ直径および2インチ長さ、Capstan P
ermaflow)を平行に通過して、反応混合物中に供給された。 以下の表11は、この実施例に対する抄紙機処理の条件を与えている。
All compositions used to make the FLOCC paper stock (composition)
n) and chemicals were the same as described above. The sodium silicate O solution (considered 38.75% solids) was from Havilland Product. Magnesium oxide is available from Martin Marietta Sp.
and the unique Mag Chem 10 was displayed by the companies ecologicals. This powder was cured to a mass and ground before being added to the silicate mixture.
Aluminum sulphate or aluminum sulphate hydrate {Al 2 (SO 4 ) 3 .18H 2 O, no iron, code 022-1322} was from General Chemical. It is dissolved in water and continuous FLOCC
Used on equipment and wet end. The carbon dioxide was obtained from a liquid Dewar gas branch from Air Products. The gas is a gas heater, a two-stage regulator, a flow meter,
/ 4 inch copper tubing, gas shut-off valve, and then 8 copper gas diffusers (1 inch diameter and 2 inch length, Capstan P
ermaflow) and fed into the reaction mixture. Table 11 below gives the paper machine processing conditions for this example.

【0179】 [0179]

【0180】 注: 1 PACはポリ塩化アルミニウムである。 2 硫酸アルミニウムの添加による改質されたSi−FLOCC。 処理1−1乃至4−4に対しては13%PCC。 処理4−5に対しては18%PCC。 処理4−6に対しては23%PCC。 処理4−7に対しては28%PCC。 処理4−8に対しては28%PCC。 処理4−9に対しては23%PCC。 処理4−10に対しては18%PCC。Notes: 1 PAC is polyaluminum chloride. 2. Modified Si-FLOCC by addition of aluminum sulfate. 13% PCC for processes 1-1 to 4-4. 18% PCC for treatment 4-5. 23% PCC for treatments 4-6. 28% PCC for treatment 4-7. 28% PCC for treatments 4-8. 23% PCC for treatment 4-9. 18% PCC for treatment 4-10.

【0181】 全ての処理に対し、使用された保持システムは8ポンド/トンのIdydro
col 0および0.4ポンド/トンのOrganopol 21であった。
For all treatments, the retention system used was 8 lb / ton Idydro.
col 0 and 0.4 lb / ton Organopol 21.

【0182】 注: 1 PACはポリ塩化アルミニウムである。 * 処理が完了してから約20時間後に試験された。 この実施例に従って作成された紙材の特性を改善すべく、サイズプレスにて添
加剤が添加された。これら添加剤およびサイズプレス・ピックアップは表13に
て以下に要約される。
Notes: 1 PAC is polyaluminum chloride. * Tested approximately 20 hours after the treatment was completed. Additives were added in a size press to improve the properties of the paper made according to this example. These additives and size press pickups are summarized below in Table 13.

【0183】 以下の表14は、実施例13において上述された如く作成された紙材生成物の
物理的特性を要約している。
[0183] Table 14 below summarizes the physical properties of the paper product made as described above in Example 13.

【0184】 [0184]

【0185】 Si−FLOCC、Mg−FLOCCおよびCa−FLOCC紙材は、PCC
および上述の他の充てん剤などの付加的な充てん剤によっても作成され得ると思
われる。図32および図33は、抄紙機で作成された紙材のSEMSであり、S
i−FLOCC紙材がPCC充てん剤を有することを示している。 連続装置で紙材が作成された場合、先の試験規模抄紙機での試行紙材と等しい
かそれより優れていた。これらの試験紙材試行の結果は図34乃至図36に示さ
れている。 PCCおよびSi−FLOCC紙材に対するPCCのみの紙材の紙材特性の比
較が図37に示されている。この比較は、表10の処理3−1(PCCのみ)か
らのものであり、次の処理3−2はPCCおよびSi−FLOCCである。示さ
れた如く、FLOCC紙材の特性は、低灰分量のPCCのみの紙材と等しいかそ
れ以上である。より良い比較は図38に示されており、同等灰分の紙材が処理4
−5(PCCのみ)乃至処理3−2(PCCおよびSi−FLOCC)から比較
されている。図39はPCC、二酸化チタンおよびFLOCC紙材(処理4−2
)に対するPCCのみの紙材(処理4−7)の比較であり、改善された紙材生成
物も示している。
Si-FLOCC, Mg-FLOCC and Ca-FLOCC paper materials are PCC
It is contemplated that additional fillers, such as those described above and other fillers described above, may also be made. FIGS. 32 and 33 show SEMS of paper materials created by a paper machine.
This shows that the i-FLOCC paper has a PCC filler. When the paper was made on a continuous machine, it was equal to or better than the trial paper on the previous test scale paper machine. The results of these test paper trials are shown in FIGS. FIG. 37 shows a comparison of the paper material characteristics of the PCC-only paper material with respect to the PCC and Si-FLOCC paper materials. This comparison is from the process 3-1 (PCC only) in Table 10, and the next process 3-2 is PCC and Si-FLOCC. As shown, the properties of the FLOCC paper are equal to or better than the low ash PCC only paper. A better comparison is shown in FIG. 38, where the equivalent ash paper material was treated 4
-5 (PCC only) through Process 3-2 (PCC and Si-FLOCC). FIG. 39 shows PCC, titanium dioxide and FLOCC paper (treatment 4-2).
4) is a comparison of the PCC only paper material (processing 4-7) to Figure 4), also showing an improved paper material product.

【0186】 実施例13 この実施例は、カラマズーのウェスタン・ミシガン大学において試験用抄紙機
で行われた更なる試験用抄紙機試行に関している。Si−FLOCC紙材を作成
すべく使用された全ての混合物および化学薬品は、上述のものと同じである。こ
の実施例において、Si−FLOCCおよび対照物紙材の基本重量は36 g/
2 であるが、各実施例において上述された試験規模抄紙機で作成された紙材の
基本重量は75 g/m2 であった。75%硬材/25%軟材を使用すると共に
、18%PCC充てん剤、2%TiO2 、0.4ポンド/トンのOrgano pol 21、8ポンド/トンのHydrocol 0および4ポンド/トンの
ASAサイズを有する対照物紙材を作成する試みが為されたが、この材料は抄紙
機上では動作せず、5%のPCCが次に5%のSi−FLOCC混合物と交換さ
れ、合計で13%のPCCを残した。これは、抄紙機上で好首尾に処理された。
上記紙材作成プロセスは、Si−FLOCC紙材により更に効率的であった。S
i−FLOCC紙材の破断は対照物より少なく、且つ、より良い剥離特性を有し
ていた。最初のプレスロールにおいて、対照物紙材はロールに付着した。Si−
FLOCC紙材は、顕著に良好なプレスロール剥離特性を有していた。ロールに
対する材料付着の相当の減少は、Si−FLOCC紙材を作成する間においてプ
レスロールから掻き落とされた材料の減少により立証された。 Si−FLOCC紙材はまた、TiO2 を6.5%増大することによっても 作成された。このSi−FLOCC紙材は、83%乃至約85%のTAPPI不
透明度およびISO白色度の両者を有していた。
Example 13 This example relates to a further test paper machine trial performed on a test paper machine at the University of Western Michigan, Kalamazoo. All mixtures and chemicals used to make the Si-FLOCC paper are the same as described above. In this example, the basis weight of the Si-FLOCC and control paper was 36 g /
m 2 , but the basis weight of the paper material produced on the test scale paper machine described above in each example was 75 g / m 2 . While using 75% hardwood / 25% softwood, 18% PCC filler, 2% TiO 2, 0.4 lb / ton of Organo pol 21,8 lbs / ton Hydrocol 0 and 4 lb / ton ASA An attempt was made to make a control paper material having a size, but this material did not work on the paper machine and 5% PCC was then replaced with a 5% Si-FLOCC mixture, for a total of 13%. PCC was left. It was successfully processed on a paper machine.
The paper making process was more efficient with Si-FLOCC paper. S
The i-FLOCC paper had less breakage than the control and had better release properties. In the first press roll, the control paper adhered to the roll. Si-
The FLOCC paper had significantly better press roll release properties. A substantial reduction in material adhesion to the roll was evidenced by a reduction in material scraped off the press rolls during making the Si-FLOCC paper stock. Si-FLOCC paper material is also created by increasing the TiO 2 6.5%. The Si-FLOCC paper had both TAPPI opacity and ISO brightness of 83% to about 85%.

【0187】 実施例14 この実施例は、エンドウ豆デンプン(pea starch)を処理して特定
粒子サイズ分布内で適切なサイズのデンプン粒子を生成することにより、処理さ
れたデンプンが、充てん剤粒子の凝集において引き続き使用される準備ができる
、という方法を記述する。処理の前におけるエンドウ豆デンプンの顕微鏡写真は
図2に与えられる。これは、この実施例に記述される如く処理された後のデンプ
ンの顕微鏡写真である図3と比較されるべきである。上記処理は明らかに、デン
プンの物理的特性を個々に容易に識別し得る粒子のそれへと変化させる。粒子は
全体的に規則的な形状を有してはいないが、生成された粒子のサイズ分布は十分
に狭いものである。
Example 14 This example demonstrates that the processing of pea starch to produce appropriately sized starch particles within a particular particle size distribution allows the treated starch to have a reduced particle size of the filler particles. A method is described that is ready for subsequent use in agglomeration. A micrograph of the pea starch before processing is given in FIG. This should be compared to FIG. 3, which is a photomicrograph of starch after processing as described in this example. The above treatment obviously changes the physical properties of the starch into those of the particles which can be easily identified individually. Although the particles do not have an overall regular shape, the size distribution of the generated particles is sufficiently narrow.

【0188】 1リットルの外套付き容器に対し、770グラムの冷水が付加された。55グ
ラムのParrheimのSTARLITEエンドウ豆デンプンが攪拌により水
に付加された。デンプン−水の分散液は、デンプンが実質的に分散されるまで攪
拌され、次に分散液は85〜90℃に加熱された。分散液はこの温度範囲に5分
間維持された。分散液は次に、70℃まで放冷された。
[0188] To a one liter jacketed container, 770 grams of cold water was added. 55 grams of Parrheim's STARLITE pea starch was added to the water by stirring. The starch-water dispersion was stirred until the starch was substantially dispersed, and then the dispersion was heated to 85-90C. The dispersion was maintained at this temperature range for 5 minutes. The dispersion was then allowed to cool to 70 ° C.

【0189】 実施例15 この実施例は、ポテトデンプンを処理して充てん剤粒子の凝集に引き続き使用
されるに適した平均粒子サイズを生成する方法を記述する。 770グラムの冷水が1リットル外套付き容器に付加された。55グラムの芽
ポテトデンプンが攪拌により水に付加された。デンプン−水分散液は、デンプン
が実質的に分散されるまで攪拌され、分散液は次に85〜90℃に加熱された。
分散液はこの温度範囲内に5分間維持された。分散液は次に70℃まで放冷され
た。 エンドウ豆およびポテトの粒子以外のデンプン粒子は、実施例1および2で上
述されたのと同様の手法により作成された。
Example 15 This example describes a method of treating potato starch to produce an average particle size suitable for subsequent use in agglomerating filler particles. 770 grams of cold water was added to a 1 liter jacketed container. 55 grams of bud potato starch was added to the water by stirring. The starch-water dispersion was stirred until the starch was substantially dispersed, and the dispersion was then heated to 85-90C.
The dispersion was kept within this temperature range for 5 minutes. The dispersion was then allowed to cool to 70 ° C. Starch particles other than pea and potato particles were made in a manner similar to that described above in Examples 1 and 2.

【0190】 実施例16 この実施例は、実施例1で上述された如く処理されたエンドウ豆デンプンを使
用してPCC粒子を凝集する方法を記述する。図4の顕微鏡写真は、該実施例に
記述された如く処理されたときに充てん剤粒子が如何にしてエンドウ豆デンプン
粒子に対して凝集し、且つ、エンドウ豆デンプン粒子が如何にして充てん剤粒子
のバインダとして作用するかを示している。更に、フロック(floc)のサイ
ズはデンプン粒子のサイズにより決定されるものであり、フロックを高剪断力に
晒すなどの更なる処理段階によるものでは無い。 この実施例に対するPCCとエンドウ豆デンプンとの比率は、18:1であっ
た。実施例1に従い、6重量%のデンプン分散水溶液が生成された。この蒸煮(
cooked)エンドウ豆デンプンの46.2グラムが200ミリリットルのビ
ーカ内に載置された。46.2グラムの脱イオン温水(50℃〜70℃)が攪拌
によりビーカに付加され、3%の重量濃度を有する分散水溶液を形成した。次に
、Rasio Chemicalから入手した0.28グラムのポリ塩化アルミ
ニウムがビーカに付加されると共に激しい攪拌を継続し、分散液をカチオン化し
た。
Example 16 This example describes a method of aggregating PCC particles using pea starch treated as described above in Example 1. The micrograph of FIG. 4 shows how the filler particles agglomerated to the pea starch particles when processed as described in the example, and how the pea starch particles It acts as a binder for the. In addition, the size of the floc is determined by the size of the starch particles and not by further processing steps such as exposing the floc to high shear. The ratio of PCC to pea starch for this example was 18: 1. According to Example 1, a 6% by weight aqueous starch dispersion was produced. This steamed (
46.2 grams of cooked pea starch were placed in a 200 milliliter beaker. 46.2 grams of deionized hot water (50 ° C to 70 ° C) was added to the beaker with stirring to form a 3% weight concentration aqueous dispersion. Next, 0.28 grams of polyaluminum chloride, obtained from Radio Chemical, was added to the beaker and vigorous stirring continued to cationize the dispersion.

【0191】 600ミリリットルのビーカに対し、20%の水性PCCスラリが250グラ
ム加えられた。ビーカに対し、機械的攪拌機を使用して攪拌し乍ら83グラムの
脱イオン温水(50℃〜70℃)が付加された。攪拌速度は次に増大された。ポ
リ塩化アルミニウム−デンプンの分散液は次に、強攪拌により迅速にビーカに付
加された。強攪拌は10秒間継続された。この混合段階はまた、配合機を使用し
ても実行された。混合および強攪拌の後、前凝集されたPCCは手すき紙(ha
ndsheet)作成の使用に対する用意ができていた。
For a 600 milliliter beaker, 250 grams of a 20% aqueous PCC slurry was added. To the beaker was added 83 grams of warm deionized water (50 ° C to 70 ° C) while stirring using a mechanical stirrer. The stirring speed was then increased. The polyaluminum chloride-starch dispersion was then quickly added to the beaker by vigorous stirring. Vigorous stirring was continued for 10 seconds. This mixing step was also performed using a compounder. After mixing and vigorous stirring, the pre-agglomerated PCC was removed from the handsheet (ha
ndsheet) creation was ready for use.

【0192】 実施例17 この実施例は、実施例2に記述された如く処理されたポテトデンプンを使用し
てPCC粒子を凝集する方法を記述する。 この実施例に対するPCCとポテトデンプンとの比率は、18:1であった。
実施例1に従い、6重量%のデンプン分散水溶液が生成された。この蒸煮エンド
ウ豆デンプンの46.2グラムが200ミリリットルのビーカ内に載置された。
46.2グラムの脱イオン温水(50℃〜70℃)が攪拌によりビーカに付加さ
れ、3%の重量濃度を有する分散水溶液を形成した。次に、Rasio Che
micalから入手した0.28グラムのポリ塩化アルミニウムがビーカに付加
されると共に激しい攪拌を継続し、分散液をカチオン化した。 600ミリリットルのビーカに対し、20%の水性PCCスラリが250グラ
ム加えられた。ビーカに対し、機械的攪拌機を使用して攪拌し乍ら83グラムの
脱イオン温水(50℃〜70℃)が付加された。攪拌速度は次に増大された。ポ
リ塩化アルミニウム−デンプンの分散液は次に、強攪拌により迅速にビーカに付
加された。強攪拌は10秒間継続された。この混合段階はまた、配合機を使用し
ても実行された。混合および強攪拌の後、前凝集されたPCCは手すき紙作成の
使用に対する用意ができていた。
Example 17 This example describes a method of aggregating PCC particles using potato starch treated as described in Example 2. The ratio of PCC to potato starch for this example was 18: 1.
According to Example 1, a 6% by weight aqueous starch dispersion was produced. 46.2 grams of this cooked pea starch was placed in a 200 milliliter beaker.
46.2 grams of deionized hot water (50 ° C to 70 ° C) was added to the beaker with stirring to form a 3% weight concentration aqueous dispersion. Next, Radio Che
0.28 grams of polyaluminum chloride from Mical was added to the beaker and vigorous stirring continued to cationize the dispersion. For a 600 milliliter beaker, 250 grams of a 20% aqueous PCC slurry was added. To the beaker was added 83 grams of warm deionized water (50 ° C to 70 ° C) while stirring using a mechanical stirrer. The stirring speed was then increased. The polyaluminum chloride-starch dispersion was then quickly added to the beaker by vigorous stirring. Vigorous stirring was continued for 10 seconds. This mixing step was also performed using a compounder. After mixing and vigorous stirring, the pre-agglomerated PCC was ready for use in handsheet making.

【0193】 実施例18 この実施例は、実施例3および4で上述された如く前凝集された、前凝集充て
ん剤粒子を使用して手すき紙を作成する方法を記述する。 手すき紙は、50%の漂白クラフト硬材パルプおよび50%の漂白クラフト軟
材パルプを含む完成紙料により作成された。各パルプは、ディスク・リファイナ
により560カナダ規格濾水度(CSF)へと別個に精製された。パルプには合
計完成紙料(すなわち、パルプおよび充てん剤の合計量)の15乃至50%の範
囲で充てん剤が付加された。10ポンド/トンのStalokカチオン性デンプ
ン、0.5ポンド/トンのHydrocol 875カチオン性ポリアクリルア
ミドおよび2ポンド/トンのHydrocol 2D5アニオン性ベントナイト
を含む添加剤が適用された。手すき紙は1.32g/枚を目標としたが、これは
66 g/m2 に等しい。 手すき紙は、標準的な環状手すき紙装置を使用して作成された。TAPPI仕
様T 205 OM−88に従い、攪拌、形成および堆積が実行された。プレス
および乾燥はTAPPI仕様に従っては行われなかった。代わりに、プレスは1
フィート直径シリンダを用いて82psiにてプラテン空気プレスで行われた。
Example 18 This example describes a method of making a handsheet using pre-agglomerated filler particles, preagglomerated as described above in Examples 3 and 4. Handsheets were made with a furnish containing 50% bleached kraft hardwood pulp and 50% bleached kraft softwood pulp. Each pulp was separately purified to 560 Canadian Standard Freeness (CSF) by a disc refiner. The pulp was loaded with filler in the range of 15 to 50% of the total furnish (ie, the total amount of pulp and filler). An additive was applied comprising 10 pounds / ton of Stalok cationic starch, 0.5 pounds / ton of Hydrocol 875 cationic polyacrylamide and 2 pounds / ton of Hydrocol 2D5 anionic bentonite. Handsheets were targeted at 1.32 g / sheet, which is equal to 66 g / m 2 . Handsheets were made using a standard annular handsheet machine. Agitation, formation and deposition were performed according to TAPPI specification T 205 OM-88. Pressing and drying were not performed according to TAPPI specifications. Instead, press 1
Performed on a platen air press at 82 psi using a foot diameter cylinder.

【0194】 予備湿潤されると共にプレスされて積層された5枚の吸取紙が手すき紙の下側
に使用され、研磨されたステンレス鋼プレートにより頂部が5分間覆われた。プ
レスにより手すき紙は上記プレートへと移動し、それは乾燥するまで90℃の熱
水浴上に載置された。乾燥手すき紙は物理的特性の試験の為にCTH室内に一晩
載置された。全ての手すき紙は、TAPPI試験手順T220 OM−88に従
って試験された。 手すき紙は50/50硬材/軟材ファイバ完成紙料により作成された。完成紙
料はPCCと組合されて、15%、20%、30%、40%および50%の充て
ん剤量を有するシートを形成した。対照物手すき紙はPCCスラリを使用して作
成された。対照物手すき紙を作成すべくカチオン性およびアニオン性の材料が使
用されたが、これは習用技術である。対照物手すき紙を作成すべく、10ポンド
/トンのStalok180カチオン性デンプン、0.5ポンドのHydroc
ol 875(カチオン性重合体)および2ポンド/トンのHydrocol2
D5(アニオン性ベントナイト)が使用された。
Five blotters, pre-wetted and pressed and laminated, were used underneath the handsheets and covered on the top with a polished stainless steel plate for 5 minutes. The press moved the handsheets to the plate, which was placed on a 90 ° C. hot water bath until dry. The dried handsheets were placed in the CTH room overnight for physical property testing. All handsheets were tested according to TAPPI test procedure T220 OM-88. Handsheets were made of 50/50 hardwood / softwood fiber furnish. The furnish was combined with PCC to form sheets with 15%, 20%, 30%, 40% and 50% filler loading. Control handsheets were made using PCC slurry. Cationic and anionic materials were used to make the control handsheets, but this is a conventional technique. 10 pounds / ton of Stalok 180 cationic starch, 0.5 pounds of Hydroc to make a control handsheet
ol 875 (cationic polymer) and 2 lb / ton Hydrocol 2
D5 (anionic bentonite) was used.

【0195】 本発明の方法に従って生成された前凝集充てん剤を取り入れた手すき紙を作成
する上では、カチオン性デンプンは使用されなかった。但し保持剤は同じく、0
.5ポンドのHydrocol 875および2ポンド/トンのHydroco
l 2D5であった。 図6は、PCCを使用して作成された対照物手すき紙および該実施例に依り作
成された手すき紙のポンド/インチ単位の引張強度が如何にして灰分量の増大に
より変化するかを示している。両方の手すき紙の引張強度は灰分量の増加と共に
減少するが、該実施例に依り作成された手すき紙は全体的に対照物よりも良好な
引張強度を有していた。図6は更に、対照物の引張強度は約15%の灰分量にて
約8の引張強度を有するが、該実施例に依り作成された手すき紙は25〜30%
の灰分量にて同一の引張強度を有していたことを示している。 図7は、対照物手すき紙および該実施例により作成された手すき紙のポンド/
インチ2 (=psi)でのミューレン強度が如何にして灰分量の増加と共に変化
するかを示している。引張強度と同様に、両手すき紙のミューレン強度は灰分量
の増加と共に減少するが、該実施例に依り作成された手すき紙は全体的に対照物
よりも良好なミューレン強度を有していた。但しミューレン強度は、本発明に従
って作成された紙材生成物の利点を更に劇的に示した。対照物に対するラインの
傾きは該実施例に依り作成された手すき紙よりも大きく、本発明の方法を使用し
て充てん剤量を増加することは単に充てん剤量を増加するよりも手すき紙の強度
に対する影響が少ないことを明示している。更に図7は、対照物が約15%の灰
分量にて約11のミューレン強度を有したが、該実施例に依り作成された手すき
紙は25〜30%の灰分量にて同一のミューレン強度を有したことを示している
。 該実施例に依り作成された手すき紙に対する引張強度およびミューレン強度は
、以下の表15に示されている。
[0195] No cationic starch was used in making handsheets incorporating the pre-agglomerated filler produced according to the method of the present invention. However, the holding agent is also 0
. 5 pounds of Hydrocol 875 and 2 pounds / ton of Hydroco
l2D5. FIG. 6 shows how the tensile strength in pounds per inch of control handsheets made using PCC and handsheets made according to the example changes with increasing ash content. I have. Although the tensile strength of both handsheets decreased with increasing ash content, the handsheets made according to the example had generally better tensile strength than the control. FIG. 6 further shows that the control has a tensile strength of about 8 at an ash content of about 15%, while the handsheets made according to this example have 25-30%
It has shown that it had the same tensile strength at the ash content of. FIG. 7 shows the control handsheets and the pound / pound of handsheets made according to this example.
It shows how the Murren intensity in inches 2 (= psi) changes with increasing ash content. Like the tensile strength, the Murren strength of the two-handed paper decreases with increasing ash content, but the handmade paper made according to this example generally had a better Murren strength than the control. However, Murren strength further dramatically demonstrated the benefits of paper products made in accordance with the present invention. The slope of the line with respect to the control is greater than the handsheets made according to the example, and increasing the amount of filler using the method of the present invention is not as strong as simply increasing the amount of filler. Has a clear effect on Further, FIG. 7 shows that while the control had a Mullen strength of about 11 at an ash content of about 15%, the handsheets made according to this example had the same Mullen strength at an ash content of 25-30%. It is shown that it had. The tensile strength and Mullen strength for handsheets made according to this example are shown in Table 15 below.

【0196】 [0196]

【0197】 実施例19 この実施例は、上述と同様の手すき紙を作成する方法を記述する。但し、該実
施例に対しては異なる保持システム、すなわちカチオン性デンプン(Stalo
k 180)およびアニオン性重合体(Percol 122LE)が使用され
た。対照物手すき紙に対しては、30%PCCスラリが、10ポンド/トンSt
alok 180、および、0.25ポンド/トンの高分子量アニオン性重合体
すなわちPercol 122LEに対して組合わされた。同一量の添加剤およ
び歩留り改良剤が前凝集PCCに対して添加された。該実施例で得られた結果は
、以下の表16に示される。
Example 19 This example describes a method for making a handsheet similar to the one described above. However, for this example, a different retention system, namely cationic starch (Stalo)
k 180) and an anionic polymer (Percol 122LE). For the control handsheet, 30% PCC slurry was 10 lb / ton St
alok 180 and 0.25 lb / ton high molecular weight anionic polymer or Percol 122LE. The same amounts of additives and retention aids were added to the pre-agglomerated PCC. The results obtained in this example are shown in Table 16 below.

【0198】 [0198]

【0199】 表15および表16ならびに図44および図45は、本発明に従って作成され
た紙材生成物が改善された引張強度およびミューレン強度を有することを例証し
ている。
Tables 15 and 16 and FIGS. 44 and 45 illustrate that paper products made in accordance with the present invention have improved tensile and Murren strength.

【0200】 実施例20 該実施例は、ウェスタン・ミシガン大学における試験規模抄紙機試行を記述す
る。抄紙機は30インチ幅であると共に約77.8フィート/分の最高速度を有
していた。 これらの試行においては2種の異なるデンプンが使用された。STALOK3
00がウェットエンドデンプンとして、且つ、ASAサイジング剤を乳濁する為
に使用された。充てん剤粒子を前凝集する為に、且つ、おそらくはSTALOK 300デンプンに対する付加的な添加剤として、エンドウ豆デンプンが上述の
如く使用された。エンドウ豆デンプンは2通りの異なる手法で蒸煮された。最初
のものは上述の如きジェット蒸煮であり、他のものは85℃〜90℃および1気
圧でのバッチ蒸煮であった。
Example 20 This example describes a trial scale paper machine trial at the University of Western Michigan. The paper machine was 30 inches wide and had a maximum speed of about 77.8 feet / minute. In these trials, two different starches were used. STALOK3
00 was used as wet end starch and for emulsifying ASA sizing agents. Pea starch was used as described above to pre-agglomerate the filler particles and possibly as an additional additive to STALOK 300 starch. Pea starch was steamed in two different ways. The first was jet steaming as described above, the other was batch steaming at 85-90 ° C and 1 atmosphere.

【0201】 充てん剤粒子の前凝集は、PCCスラリおよびエンドウ豆デンプンの両者が別
個のタンクからY管を介してスタティック・インライン・ミキサ内に圧送された
。蒸煮されたエンドウ豆デンプンに対しては、ポリ塩化アルミニウムが予混合さ
れた。PCCはスタティックミキサを通り直ちに凝集されると共に、紙材を作成
する為のファイバ完成紙料との組合せの準備ができたタンク内に収集された。 抄紙機試行において使用されたパルプは、27%のクラフト軟材および73%
の漂白クラフト硬材であった。パルプは400CSFに精製された。凝集充てん
剤粒子は、18部のPCC、および、0.1部の塩化アルミニウムと共に1部の
エンドウ豆デンプンにより作成された。STALOK 300は、ウェットエン
ド・デンプン添加剤として且つASAサイジング剤を分散する為に使用された。
図8および図9ならびに図16に示された試行番号1で使用されたSTALOK 300の量は16ポンド/トンであり、ASAサイズの量は4ポンド/トンで
あった。図10および図11に結果が示された試行番号2においては、僅か10
ポンド/トンのSTALOKが使用され、ASAは使用されなかった。同様に、
試行番号2においてはウェットエンドにおいて種々の量のエンドウ豆デンプンが
添加されたが、これはPCCを前凝集する為に使用されたエンドウ豆デンプンの
量と等しいものである。これは図10で述べられた如く、PCCスラリ+エンド
ウ豆デンプンとして示されている。
The pre-agglomeration of the filler particles was such that both the PCC slurry and the pea starch were pumped from separate tanks through a Y-tube into a static in-line mixer. For steamed pea starch, polyaluminum chloride was premixed. The PCC was immediately agglomerated through the static mixer and collected in a tank ready for combination with fiber furnish to make the paper stock. The pulp used in the paper machine trial was 27% kraft softwood and 73%
Bleached craft hardwood. The pulp was refined to 400 CSF. The flocculated filler particles were made with 1 part pea starch with 18 parts PCC and 0.1 part aluminum chloride. STALOK 300 was used as a wet-end starch additive and for dispersing ASA sizing agents.
The amount of STALOK 300 used in trial number 1 shown in FIGS. 8 and 9 and FIG. 16 was 16 pounds / ton and the ASA size amount was 4 pounds / ton. In trial number 2 whose results are shown in FIGS. 10 and 11, only 10
Pounds / ton STALOK was used and ASA was not used. Similarly,
In run # 2, various amounts of pea starch were added at the wet end, which is equal to the amount of pea starch used to pre-agglomerate the PCC. This is shown as PCC slurry + pea starch as described in FIG.

【0202】 実施例21 この実施例は、前凝集PCC充てん剤を含むSi−FLOCC紙材の形成を記
述する。28グラム(O.D.)の75%/25%硬材/軟材がアイダホ州のI
nternational Fallsから入手された。実施例7で実質的に記
述された如く、Si−FLOCC紙材を作成するに有用な混合物が作成された。
(ファイバの重量に基づく)12%の水性ケイ酸ナトリウム混合物が形成され、
その後、混合物がゲル化するまで、すなわち約5分間、二酸化炭素により炭酸化
された。この混合物は、更なる使用の前に約1.5時間亙り攪拌された。実施例
14において実質的に上述された如く、PCC充てん剤がエンドウ豆デンプンに
より前凝集された。パルプは0.4%濃度へと希釈された。凝集PCCがファイ
バ完成紙料に添加された。その後、ゲル化された鉱物網状組織がPCC/ファイ
バ完成紙料混合物へと添加された。PCC/ファイバ完成紙料混合物の重量に基
づき0.4%のベントナイトが添加された。この混合物は約1分間攪拌された。
次に0.035%のOrganopolが添加された後、約30秒間攪拌された
。この混合物から、実施例5で実質的に上述された如く手すき紙が作成された。
更に、対照物手すき紙が作成され、ベントナイトおよびOrganopolを含
んでいたが、前凝集PCCは含んでいなかった。
Example 21 This example describes the formation of a Si-FLOCC paper stock containing a pre-agglomerated PCC filler. 28 grams (OD) of 75% / 25% hardwood / softwood from Idaho I
Obtained from international Falls. A mixture useful for making Si-FLOCC paper stock was prepared substantially as described in Example 7.
Forming a 12% aqueous sodium silicate mixture (based on fiber weight);
Thereafter, the mixture was carbonated with carbon dioxide until it gelled, ie for about 5 minutes. The mixture was stirred for about 1.5 hours before further use. The PCC filler was pre-agglomerated with pea starch substantially as described above in Example 14. The pulp was diluted to a 0.4% consistency. Agglomerated PCC was added to the fiber furnish. Thereafter, the gelled mineral network was added to the PCC / fiber furnish mixture. 0.4% bentonite was added based on the weight of the PCC / fiber furnish mixture. This mixture was stirred for about 1 minute.
Next, after 0.035% of Organopol was added, the mixture was stirred for about 30 seconds. From this mixture, a handsheet was made substantially as described above in Example 5.
In addition, a control handsheet was made, containing bentonite and Organopol, but not pre-agglomerated PCC.

【0203】 本明細書中で上述の如く作成された手すき紙の一定の特性は、以下で表17に
示されている。
Certain properties of handsheets made as described herein above are shown in Table 17 below.

【0204】 本発明は好適実施例に関して記述された。当業者であれば、以下の請求の範囲
の範囲内において、本明細書中で記述された処から本発明が変更され得ることを
理解し得よう。
[0204] The invention has been described with reference to the preferred embodiment. Those skilled in the art will appreciate that the invention can be modified from what is described herein within the scope of the following claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

図1は、広葉樹木の百分率比対充てん剤含量を示す一般化されたグラフであり
、本発明前に開発された方法を用いて製造したセルロース製品に対する、充てん
剤含量の実際的な限界を示すものである。 図2は、シリカ重合のプロセスを示す。 図3は、本発明のCa−FLOCC法によって製造した手すき紙の走査型電子
顕微鏡写真(100倍)である。 図4は、Ca−FLOCC法による手すき紙の走査型電子顕微鏡写真(100
0倍)である。 図5は、本発明以前に開発された通常法によって製造されたPCCを有する手
すき紙の走査型電子顕微鏡写真(100倍)である。 図6は、本発明以前に開発された通常法によるPCCを用いて製造された手す
き紙の走査型電子顕微鏡(1000倍)である。 図7は、Ca−FLOCCによる手すき(手漉き)紙からの灰分の走査型電子
顕微鏡写真(100倍)である。 図8は、Ca−FLOCC法による手すき紙からの灰分の走査型電子顕微鏡写
真(1000倍)である。 図9は、本発明以前に開発された通常法によって製造された、PCCを有する
手すき紙からの灰分の走査型電子顕微鏡写真(100倍)である。 図10は、本発明以前に開発された通常法による、PCCを用いて製造された
手すき紙からの灰分の走査型電子顕微鏡写真(1000倍)である。 図11は、通常の製紙プロセスを示す概略図である。 図12は、本発明方法によってFLOCC組成物を製造するための装置のブロ
ック図である。 図13は、本発明の方法によって、FLOCC組成物を連続的に製造するため
の装置を示す商業的な実施形態の概略図である。 図14は、図13の装置用の炭酸処理ユニットの概略図である。 図15は、図14の炭酸処理処理ユニットの断面図である。 図16は、灰分含量と、対照例および本発明によって製造された複合体製品の
裂断長との対比を示すグラフである。 図17は、灰分含量と、対照例および本発明によって製造された複合体製品の
裂断長との対比を示すグラフである。 図18は、灰分含量と、対照例および本発明によって製造された複合体製品の
裂断長との対比を示すグラフである。 図19は、灰分含量と、対照例および本発明によって製造された複合体製品の
裂断長との対比を示すグラフである。 図20は、灰分含量と、対照例および本発明によって製造された複合体製品の
裂断長との対比を示すグラフである。 図21は、固形分の百分率比と、湿潤引張の結果を示すピーク荷重との対比を
示すグラフである。 図22は、Ca−FLOCC法による実験規模の機械ずき紙の走査型電子顕微
鏡写真(倍率100倍)である。 図23は、Ca−FLOCC法による実験規模の機械ずき紙の走査型電子顕微
鏡写真(倍率1000倍)である。 図24は、Mg−FLOCC法による実験規模の機械ずき紙の走査型電子顕微
鏡写真(倍率100倍)である。 図25は、Mg−FLOCC法による実験規模の機械ずき紙の走査型電子顕微
鏡写真(倍率1000倍)である。 図26は、Si−FLOCC法による実験規模の機械ずき紙の走査型電子顕微
鏡写真(倍率150倍)である。 図27は、Si−FLOCC法による実験規模の機械ずき紙の走査型電子顕微
鏡写真(倍率2000倍)である。 図28は、灰分含量の百分率比と、縦方向の裂断長との対比を示すグラフであ
る。 図29は、灰分含量の百分率比と、縦方向の引張エネルギー吸収との対比を示
すグラフである。 図30は、灰分含量の百分率比と、横方向の引張エネルギー吸収との対比を示
すグラフである。 図31は、灰分含量の百分率比と、再湿潤シートの縦方向の裂断長との対比を
示すグラフである。 図32は、PCC充てん剤を含有するSi−FLOCC法による実験規模の機
械ずき紙の走査型電子顕微鏡写真(100倍)である。 図33は、PCC充てん剤を含有するSi−FLOCC法による実験規模の機
械ずき紙の走査型電子顕微鏡写真(1000倍)である。 図34は、灰分含量の百分率比と、Si−FLOCC法による紙についての縦
方向の裂断長との対比を示すグラフである。 図35は、灰分含量の百分率比と、Si−FLOCC法による紙についての縦
方向の引張エネルギー吸収との対比を示すグラフである。 図36は、灰分含量の百分率比と、再湿潤シートの縦方向の裂断長との対比を
示すグラフである。 図37は、PCCを用いた実験規模の機械ずき紙の紙特性と、Si−FLOC
C法による実験規模の機械ずき紙の紙特性との対比を、異なる灰分含量で示す棒
グラフである。 図38は、PCCを用いた実験規模の機械ずき紙の紙特性と、Si−FLOC
C法による実験規模の機械ずき紙の紙特性との対比を、同等の灰分含量で示す棒
グラフである。 図39は、PCCを用いた実験規模の機械ずき紙の紙特性と、PCCおよび二
酸化チタンを含有するSi−FLOCC法による実験規模の機械ずき紙の紙特性
との対比を、同等の灰分含量で示す棒グラフである。 図40は、本発明による処理の前のピースターチ(えんどう豆デンプン)の光
学顕微鏡写真である。 図41は、本発明によって処理されたピースターチ細粒の光学顕微鏡写真であ
り、この光学顕微鏡写真には長さ100μmの指示棒がある。 図42は、本発明による処理に続いてデンプン細粒へと凝集したPCC充てん
剤粒子を示す光学顕微鏡写真であり、この光学顕微鏡写真には長さ100μmの
指示棒がある。 図43は、デンプンの水性分散液の粘度が、温度上昇によってどのように変化
するのかを示す。 図44は、本発明の方法によって製造した手すき紙と対照例の手すき紙との引
張強度が、灰分含量の増大によってどのように変化するかを示す。 図45は、本発明の方法によって製造した手すき紙と対照例の手すき紙とのミ
ューレン強度が、灰分含量の増大によってどのように変化するのかを示す。 図46は、本発明の方法によって製造した紙と対照例の紙との実験機械の裂断
長が、灰分含量の増大によってどのように変化するのかを示す。 図47は、本発明の方法によって製造した紙と対照例の紙とに対するサイジン
グが、灰分含量の増大によってどのように変化するのかを示す。 図48は、本発明の方法によって製造した紙と対照例の紙とについての実験機
械裂断長が、灰分含量の増大によってとのように変化するのかを示す。 図49は、本発明の方法によって製造した実験的な機械ずき紙と対照例の実験
機械ずき紙との不透明度が、灰分含量の増大によってどのように変化するのかを
示す。
FIG. 1 is a generalized graph showing percentage ratio of hardwood versus filler content, showing the practical limits of filler content for cellulosic products made using the method developed prior to the present invention. Things. FIG. 2 illustrates the process of silica polymerization. FIG. 3 is a scanning electron micrograph (× 100) of a handsheet manufactured by the Ca-FLOCC method of the present invention. FIG. 4 is a scanning electron micrograph (100 pictures) of a handsheet by the Ca-FLOCC method.
0 times). FIG. 5 is a scanning electron micrograph (× 100) of a handsheet having a PCC manufactured by a conventional method developed before the present invention. FIG. 6 is a scanning electron microscope (× 1000) of a handsheet manufactured by using a conventional PCC developed before the present invention. FIG. 7 is a scanning electron micrograph (× 100) of ash content from hand-drawn (hand-made) paper by Ca-FLOCC. FIG. 8 is a scanning electron micrograph (× 1000) of ash from handsheets by the Ca-FLOCC method. FIG. 9 is a scanning electron micrograph (× 100) of ash from handsheets with PCC, manufactured by conventional methods developed prior to the present invention. FIG. 10 is a scanning electron micrograph (× 1000) of ash from handsheets manufactured using PCC according to a conventional method developed before the present invention. FIG. 11 is a schematic diagram showing a normal papermaking process. FIG. 12 is a block diagram of an apparatus for producing a FLOCC composition according to the method of the present invention. FIG. 13 is a schematic diagram of a commercial embodiment showing an apparatus for continuously producing a FLOCC composition according to the method of the present invention. FIG. 14 is a schematic diagram of a carbonation unit for the apparatus of FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view of the carbonation treatment unit of FIG. FIG. 16 is a graph showing the ash content versus the breaking length of the control and composite products made according to the present invention. FIG. 17 is a graph showing the ash content versus the breaking length of a control product and a composite product made according to the present invention. FIG. 18 is a graph showing the ash content versus the breaking length of a control product and a composite product made according to the present invention. FIG. 19 is a graph showing the ash content versus the breaking length of a control product and a composite product made according to the present invention. FIG. 20 is a graph showing the ash content versus the breaking length of a control product and a composite product made according to the present invention. FIG. 21 is a graph showing the percentage of solid content versus peak load indicating wet tensile results. FIG. 22 is a scanning electron micrograph (magnification: 100 ×) of an experimental scale mechanical paper obtained by the Ca-FLOCC method. FIG. 23 is a scanning electron micrograph (× 1000) of an experimental-scale machine-made paper by the Ca-FLOCC method. FIG. 24 is a scanning electron micrograph (magnification: 100 ×) of mechanical scale paper on an experimental scale by the Mg-FLOCC method. FIG. 25 is a scanning electron micrograph (× 1000) of an experimental-scale mechanical paper obtained by the Mg-FLOCC method. FIG. 26 is a scanning electron micrograph (magnification: 150 times) of mechanical scale paper on an experimental scale by the Si-FLOCC method. FIG. 27 is a scanning electron micrograph (2,000-fold magnification) of an experimental-scale mechanical paper obtained by the Si-FLOCC method. FIG. 28 is a graph showing a comparison between the percentage ratio of the ash content and the breaking length in the longitudinal direction. FIG. 29 is a graph showing the percentage of ash content versus longitudinal tensile energy absorption. FIG. 30 is a graph showing the percentage of ash content versus the transverse tensile energy absorption. FIG. 31 is a graph showing the percentage ratio of the ash content to the longitudinal breaking length of the rewet sheet. FIG. 32 is a scanning electron micrograph (× 100) of an experimental-scale mechanical paper obtained by a Si-FLOCC method containing a PCC filler. FIG. 33 is a scanning electron micrograph (× 1000) of an experimental-scale mechanical paper obtained by a Si-FLOCC method containing a PCC filler. FIG. 34 is a graph showing the percentage ratio of the ash content to the longitudinal breaking length of the paper by the Si-FLOCC method. FIG. 35 is a graph showing the percentage ratio of ash content versus the tensile energy absorption in the machine direction for Si-FLOCC paper. FIG. 36 is a graph showing the percentage ratio of the ash content to the longitudinal tear length of the rewet sheet. FIG. 37 shows the paper characteristics of machine-scale paper on an experimental scale using PCC and Si-FLOC.
4 is a bar graph showing the paper properties of an experimental scale machined paper by Method C at different ash contents. FIG. 38 shows the paper characteristics of machine-scale paper on an experimental scale using PCC and the Si-FLOC.
4 is a bar graph showing the paper properties of an experimental scale machined paper by the C method with equivalent ash content. FIG. 39 shows a comparison between the paper properties of an experimental-scale machined paper using PCC and the paper properties of an experimental-scale machined paper obtained by the Si-FLOCC method containing PCC and titanium dioxide. It is a bar graph shown by content. FIG. 40 is an optical micrograph of pea starch (pea starch) before treatment according to the present invention. FIG. 41 is an optical micrograph of the pea starch granules treated according to the present invention, with a 100 μm long indicator rod. FIG. 42 is an optical micrograph showing PCC filler particles agglomerated into starch granules following treatment according to the present invention, with a 100 μm long indicator rod. FIG. 43 shows how the viscosity of an aqueous dispersion of starch changes with increasing temperature. FIG. 44 shows how the tensile strength of handsheets produced by the method of the present invention and the control handsheet changes with increasing ash content. FIG. 45 shows how the Murren strength of handsheets produced by the method of the present invention and the control handsheet changes with increasing ash content. FIG. 46 shows how the breaking length of the experimental machine of the paper produced by the method of the invention and the control paper changes with increasing ash content. FIG. 47 shows how the sizing for paper made by the method of the present invention and control paper changes with increasing ash content. FIG. 48 shows whether the experimental mechanical rupture length for paper made by the method of the present invention and control paper changes as the ash content increases. FIG. 49 shows how the opacity of the experimental mechanical paper produced by the method of the present invention and the control experimental mechanical paper changes with increasing ash content.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) D21H 23/04 D21H 17:67 23/76 D06M 11/12 // D21H 17:67 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP, KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,L V,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI, SK,SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,U Z,VN,YU,ZW (72)発明者 マイク エス ディー チュアング アメリカ合衆国 ワシントン州 98686 ヴァンクーヴァー ノース イースト ワ ンハンドレッドフィフティーンス ストリ ート 3319 (72)発明者 ラリー エル マルコム アメリカ合衆国 ワシントン州 98671 ワショウガル サウス イースト サンセ ットビュー ロード 36839 (72)発明者 ジェイムス エス ジョンソン アメリカ合衆国 オレゴン州 97214 ポ ートランド サウス イースト サーティ セヴンス アヴェニュー 1829 (72)発明者 デヴィッド ティー リー アメリカ合衆国 ワシントン州 98665 ヴァンクーヴァー ノース ウェスト フ ィフティーンス コート 8003 (72)発明者 バーバラ アール アーサ アメリカ合衆国 ワシントン州 98682 ヴァンクーヴァー ノース イースト ナ インティーシックスス ストリート 15219──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) D21H 23/04 D21H 17:67 23/76 D06M 11/12 // D21H 17:67 (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI) , CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, K, EE, ES, FI, GB, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG , UZ, VN, YU, ZW (72) Inventor Mike SD Chuning, Washington, USA 98686 Vancouver North East One Hundred Fifteens Street 3319 (72) Inventor Larry El Malcolm United States of America 98671 Washogar South East Sunset View Road 36839 (72) Inventor James S. Johnson 97214 Portola, Oregon United States De South East Thirty Seventh Avenue 1829 (72) Inventor David Tee Lee United States of America 98665 Washington DC 800665 (72) Inventor Barbara Earl Asa United States of America 98682 Vancouver North East Na Inti Six Street 15219

Claims (63)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 セルロース材料と、このセルロース材料のまわりに生成している
無機物網目構造とを含有する、セルロース製品。
1. A cellulosic product comprising a cellulosic material and an inorganic network formed around the cellulosic material.
【請求項2】 紙製品からなる、請求項1記載の製品。2. The product according to claim 1, comprising a paper product. 【請求項3】 前記無機物網目構造がシリカ/ケイ酸塩網目構造からなる、請求
項1記載の製品。
3. The article of claim 1, wherein said inorganic network comprises a silica / silicate network.
【請求項4】 前記製品から生成した灰分が図7および図8の走査型電子顕微鏡
写真に類似する、請求項1記載の製品。
4. The product of claim 1, wherein the ash produced from the product is similar to the scanning electron micrographs of FIGS. 7 and 8.
【請求項5】 Ca−FLOCC紙からなる、請求項1記載の製品。5. The product of claim 1, wherein the product comprises Ca-FLOCC paper. 【請求項6】 Mg−FLOCC紙からなる、請求項1記載の製品。6. The product of claim 1, wherein the product is made of Mg-FLOCC paper. 【請求項7】 Si−FLOCC紙からなる、請求項1記載の製品。7. The product of claim 1, wherein the product comprises Si-FLOCC paper. 【請求項8】 少なくとも30%の灰分含量で、縦方向の裂断長が約2500メ
ートル以上である、請求項1記載の製品。
8. The product of claim 1, wherein the product has an ash content of at least 30% and a longitudinal tear length of at least about 2500 meters.
【請求項9】 少なくとも35%の灰分含量で、縦方向の裂断長が約2500メ
ートル以上である、請求項1記載の製品。
9. The product of claim 1, wherein the product has an ash content of at least 35% and a longitudinal tear length of about 2500 meters or more.
【請求項10】 少なくとも25%の灰分含量で、1ft・lb/ft2 以上の
縦方向TEAを有する、請求項1記載の製品。
10. The product of claim 1, having an ash content of at least 25% and a longitudinal TEA of 1 ft · lb / ft 2 or greater.
【請求項11】 少なくとも30%の灰分含量で、1ft・lb/ft2 以上の
縦方向TEAを有する、請求項1記載の製品。
11. The product of claim 1 having an ash content of at least 30% and a longitudinal TEA of 1 ft · lb / ft 2 or greater.
【請求項12】 少なくとも25%の灰分含量で、再湿潤シートの縦方向裂断長
が175m以上である、請求項1記載の製品。
12. The product according to claim 1, wherein the rewet sheet has a longitudinal tear length of at least 175 m with an ash content of at least 25%.
【請求項13】 少なくとも25%の灰分含量で、再湿潤シートの縦方向裂断長
が20m以上である、請求項1記載の製品。
13. The product according to claim 1, wherein the longitudinal tear length of the rewet sheet is at least 20 m with an ash content of at least 25%.
【請求項14】 少なくとも30%の灰分含量で、再湿潤シートの縦方向裂断長
が20m以上である、請求項1記載の製品。
14. The product of claim 1, wherein the rewet sheet has a longitudinal tear length of at least 20 m with an ash content of at least 30%.
【請求項15】 少なくとも35%の灰分含量で、再湿潤シートの縦方向裂断長
が20m以上である、請求項1記載の製品。
15. The product according to claim 1, wherein the rewet sheet has a longitudinal tear length of at least 20 m with an ash content of at least 35%.
【請求項16】 セルロース繊維材料と、このセルロース繊維材料のまわりに生
成したシリカ/ケイ酸塩網目構造を含有する、セルロース紙製品。
16. A cellulosic paper product comprising a cellulosic fiber material and a silica / silicate network formed around the cellulosic fiber material.
【請求項17】 セルロースフラクションを準備し、 このセルロースフラクションのまわりに無機物網目構造を生成させる、セルロ
ース製品の製造方法。
17. A method for producing a cellulose product, comprising preparing a cellulose fraction and forming an inorganic network around the cellulose fraction.
【請求項18】 無機物網目構造を生成させるのに際して、 セルロース材料、I族金属のケイ酸塩、およびII族金属の塩基または塩を含
有する混合物を準備し、 この混合物を、約7から約8のpHを得るのに充分な時間の間炭酸処理するこ
とで、沈降した炭酸塩充てん剤材料と、前記セルロース材料のまわりに重合した
無機物網目構造とを含有するセルロース製品を生成させる、請求項17記載の方
法。
18. A mixture comprising a cellulosic material, a Group I metal silicate, and a Group II metal base or salt in producing the inorganic network is provided, wherein the mixture is treated with about 7 to about 8 18. Carbonating for a period of time sufficient to obtain a pH of the cellulosic product comprising a precipitated carbonate filler material and a polymerized inorganic network around the cellulosic material. The described method.
【請求項19】 前記I族金属のケイ酸塩がケイ酸ナトリウムである、請求項1
8記載の方法。
19. The method of claim 1, wherein said Group I metal silicate is sodium silicate.
8. The method according to 8.
【請求項20】 前記II族金属の塩基がCaOであり、前記沈降した炭酸塩充
てん剤が炭酸カルシウムである、請求項18記載の方法。
20. The method of claim 18, wherein said Group II metal base is CaO and said precipitated carbonate filler is calcium carbonate.
【請求項21】前記混合物の炭酸処理が、前記混合物を二酸化炭素と混合するこ
とからなる、請求項18記載の方法。
21. The method according to claim 18, wherein carbonating the mixture comprises mixing the mixture with carbon dioxide.
【請求項22】 紙製品を製造する方法であって、 約40%−約60%のセルロース材料と、約1%から約20%のI族金属のケ
イ酸塩と、約1%から約45%のII族金属の塩基または塩とを含有する混合物
を生成させ、 この混合物を炭酸処理して、沈降した炭酸塩充てん剤と前記セルロース材料の
まわりで重合した無機物網目構造とを生成させ、 この混合物を成形して紙製品とする、 紙製品の製造方法。
22. A method of making a paper product, comprising from about 40% to about 60% of a cellulosic material, from about 1% to about 20% of a Group I metal silicate, and from about 1% to about 45%. % Of a Group II metal base or salt, and the mixture is carbonated to form a precipitated carbonate filler and an inorganic network polymerized around said cellulosic material. A method for producing a paper product, wherein the mixture is formed into a paper product.
【請求項23】 沈降炭酸カルシウム、保持助剤、増白剤、殺虫剤、サイジング
剤、デンプン、他の充てん剤、色素およびこれらの混合物からなる群より選ばれ
た材料を更に添加することで混合物を生成させる、請求項22記載の方法。
23. The mixture by further adding a material selected from the group consisting of precipitated calcium carbonate, retention aids, whitening agents, insecticides, sizing agents, starch, other fillers, pigments and mixtures thereof. 23. The method according to claim 22, wherein
【請求項24】 前記混合物の炭酸処理が、前記混合物を二酸化炭素と混合する
ことからなる、請求項22記載の方法。
24. The method of claim 22, wherein carbonating the mixture comprises mixing the mixture with carbon dioxide.
【請求項25】 前記I族金属のケイ酸塩がケイ酸ナトリウムである、請求項2
2記載の方法。
25. The Group I metal silicate is sodium silicate.
2. The method according to 2.
【請求項26】 前記II族金属の塩基または塩がカルシウム塩基または塩であ
る、請求項22記載の方法。
26. The method of claim 22, wherein said Group II metal base or salt is a calcium base or salt.
【請求項27】 前記II族金属の塩基または塩がカルシウム塩である、請求項
24記載の方法。
27. The method of claim 24, wherein said Group II metal base or salt is a calcium salt.
【請求項28】 紙製品を製造する方法であって、 約40%から約60%のセルロース材料、約1%から約20%のケイ酸ナトリ
ウムおよび約1%から約45%のCaOを含有する混合物を生成させ、 この混合物をCO2 を用いて炭酸処理することで、沈降カルシウム炭酸塩充
てん剤材料と、前記セルロース材料のまわりで重合したシリカ/カルシウムケイ
酸塩網目構造とを生成させ、 この混合物を成形して紙製品とする、紙製品の製造方法。
28. A method of making a paper product, comprising about 40% to about 60% cellulosic material, about 1% to about 20% sodium silicate, and about 1% to about 45% CaO. Forming a mixture and carbonating the mixture with CO2 to form a precipitated calcium carbonate filler material and a silica / calcium silicate network polymerized around the cellulosic material; A method of manufacturing a paper product by molding into a paper product.
【請求項29】 請求項17記載の方法によって製造された製品。29. A product made by the method of claim 17. 【請求項30】 請求項22記載の方法によって製造された製品。30. An article made by the method of claim 22. 【請求項31】 請求項28記載の方法によって製造された製品。31. An article made by the method of claim 28. 【請求項32】 紙製品の製造に有用な充てん剤粒子を予備凝集させる方法であ
って、 デンプンを準備し、 このデンプンを処理してデンプン細粒を生成させ, 助剤粒子を前記デンプン細粒と混合することによって、充てん剤粒子−デンプ
ン凝集物を生成させる方法。
32. A method of pre-agglomerating filler particles useful in the manufacture of paper products, comprising the steps of: providing a starch, treating the starch to produce starch granules, and converting the adjuvant particles to the starch granules. To form a filler particle-starch agglomerate by mixing.
【請求項33】 前記デンプンが、豆類デンプン、ジャガイモデンプン、コーン
スターチおよびこれらの混合物からなる群より選択されている、請求項32記載
の方法。
33. The method of claim 32, wherein said starch is selected from the group consisting of legume starch, potato starch, corn starch, and mixtures thereof.
【請求項34】 前記デンプンがピースターチである、請求項32記載の方法。34. The method of claim 32, wherein said starch is pea starch. 【請求項35】 前記デンプンがジャガイモデンプンである、請求項32記載の
方法。
35. The method of claim 32, wherein said starch is potato starch.
【請求項36】 前記デンプンを処理する工程において、 デンプンの水性分散液を生成させ、 この分散液を、デンプン細粒を生成させるのに充分な温度でおよび充分な時間
の間加熱する、請求項32記載の方法。
36. The process of treating a starch, wherein an aqueous dispersion of starch is formed, and the dispersion is heated at a temperature and for a time sufficient to form starch granules. 32. The method of claim 32.
【請求項37】 デンプンの前記水性分散液を生成させる工程において、デンプ
ンを冷水へと添加することによって、約1−約10重量%のデンプンを含有する
分散液を生成させる、請求項36記載の方法。
37. The method of claim 36, wherein in the step of forming the aqueous dispersion of starch, the starch is added to cold water to form a dispersion containing from about 1 to about 10% starch by weight. Method.
【請求項38】 デンプンの前記水性分散液を生成させる工程において、デンプ
ンを冷水へと添加することによって、約5−約7重量%のデンプンを含有する分
散液を生成させる、請求項36記載の方法。
38. The method of claim 36, wherein in the step of forming the aqueous dispersion of starch, the starch is added to cold water to form a dispersion containing from about 5 to about 7% by weight of starch. Method.
【請求項39】 前記分散液を加熱するのに際して、前記分散液を約60℃から
約120℃の温度に加熱する、請求項36記載の方法。
39. The method of claim 36, wherein heating the dispersion comprises heating the dispersion to a temperature from about 60 ° C to about 120 ° C.
【請求項40】 前記分散液を加熱するのに際して、前記分散液を約80℃から
約90℃の温度に加熱する、請求項36記載の方法。
40. The method of claim 36, wherein heating the dispersion comprises heating the dispersion to a temperature of about 80 ° C. to about 90 ° C.
【請求項41】 前記デンプン細粒の平均粒径が15μmから約150μmであ
る、請求項32記載の方法。
41. The method of claim 32, wherein the average particle size of the starch granules is from 15 μm to about 150 μm.
【請求項42】 前記デンプン細粒の平均粒径が40μmから約70μmである
、請求項32記載の方法。
42. The method of claim 32, wherein said starch granules have an average particle size of from 40 μm to about 70 μm.
【請求項43】 前記デンプン細粒の平均粒径が50μmから約60μmである
、請求項32記載の方法。
43. The method of claim 32, wherein said starch granules have an average particle size of 50 μm to about 60 μm.
【請求項44】 前記デンプンが非修飾デンプンである、請求項32記載の方法
44. The method of claim 32, wherein said starch is an unmodified starch.
【請求項45】 前記充てん剤粒子が、硫酸アルミニウム、粉砕炭酸カルシウム
、チョーク、クレー、二酸化チタン、タルク、ドロマイト、硫酸カルシウム、硫
酸バリウム、カオリン、水酸化アルミニウム、繻子白およびこれらの混合物から
なる群より選ばれている、請求項32記載の方法。
45. The group of the filler particles comprising aluminum sulfate, ground calcium carbonate, chalk, clay, titanium dioxide, talc, dolomite, calcium sulfate, barium sulfate, kaolin, aluminum hydroxide, satin white and mixtures thereof. 33. The method of claim 32, wherein the method is selected from:
【請求項46】 前記デンプンがピースターチであり、このピースターチが約4
0μmから約70μmの平均粒径を有する細粒であり、前記充てん剤材料が炭酸
カルシウムを含有している、請求項32記載の方法。
46. The starch is pea starch, wherein the pea starch comprises about 4
33. The method of claim 32, wherein the filler material is fine granules having an average particle size of 0 to about 70 m, and wherein the filler material comprises calcium carbonate.
【請求項47】 紙製品を製造する方法であって、 豆類デンプン、ジャガイモデンプン、コーンスターチおよびこれらの混合物か
らなる群より選択されたデンプンを準備し、 このデンプンを処理してデンプン細粒を生成させ、 充てん剤粒子を前記デンプン細粒と混合することによって充てん剤粒子−デン
プン凝集物を生成させ、 この凝集物をセルロース完成紙料と結合させることによって紙製品を生成させ
る、紙製品の製造方法。
47. A method of making a paper product, comprising: providing a starch selected from the group consisting of legume starch, potato starch, corn starch and mixtures thereof, treating the starch to produce starch granules. A method of manufacturing a paper product, comprising: forming a filler particle-starch agglomerate by mixing filler particles with the starch granules; and combining the agglomerate with a cellulose furnish to form a paper product.
【請求項48】 前記デンプンを処理するのに際して、 約1重量%から約10重量%のデンプンを含有するデンプン水性分散液を生成
させ、 この分散液を約60℃から約120℃の温度で、約40μmから約70μmの
範囲内の粒径を有するデンプン細粒を生成させるのに充分な時間の間加熱する、
請求項47記載の方法。
48. In treating the starch, an aqueous starch dispersion containing about 1% to about 10% starch by weight is formed, and the dispersion is treated at a temperature of about 60 ° C. to about 120 ° C. Heating for a time sufficient to produce starch granules having a particle size in the range of about 40 μm to about 70 μm;
50. The method of claim 47.
【請求項49】 前記デンプンがピースターチである、請求項47記載の方法。49. The method of claim 47, wherein said starch is pea starch. 【請求項50】 前記デンプンがジャガイモデンプンである、請求項47記載の
方法。
50. The method of claim 47, wherein said starch is potato starch.
【請求項51】 デンプンの前記水性分散液を生成させる工程において、 デンプンを冷水へと添加することによって、約5−約7重量%のデンプンを含
有する分散液を生成させる、請求項47記載の方法。
51. The method of claim 47, wherein forming the aqueous dispersion of starch comprises adding starch to cold water to form a dispersion containing about 5 to about 7% starch by weight. Method.
【請求項52】 前記分散液を加熱するのに際して、前記分散液を約80℃から
約90℃の温度で加熱する、請求項48記載の方法。
52. The method of claim 48, wherein heating the dispersion comprises heating the dispersion at a temperature from about 80 ° C. to about 90 ° C.
【請求項53】 前記デンプン細粒の粒径が約50μmから約60μmの範囲内
にある、請求項47記載の方法。
53. The method of claim 47, wherein said starch granules have a particle size in a range from about 50 μm to about 60 μm.
【請求項54】 前記充てん剤粒子が、硫酸アルミニウム、粉砕炭酸カルシウム
、チョーク、クレー、二酸化チタン、タルク、ドロマイト、硫酸カルシウム、硫
酸バリウム、カオリン、水酸化アルミニウム、繻子白およびこれらの混合物から
なる群より選ばれている、請求項47記載の方法。
54. The group wherein the filler particles comprise aluminum sulfate, ground calcium carbonate, chalk, clay, titanium dioxide, talc, dolomite, calcium sulfate, barium sulfate, kaolin, aluminum hydroxide, satin white and mixtures thereof. 48. The method of claim 47, wherein the method is selected from:
【請求項55】 紙製品の製造方法であって、 ピースターチを準備し、 ピースターチを冷水へと添加することによってピースターチの水性分散液を生
成させ、この分散液が約1重量%から約10重量%のデンプンを含有しており、 この分散液を約70℃から約90℃の温度で、約40μmから約70μmの範
囲内の粒径を有するデンプン細粒を生成させるのに充分な時間の間加熱し、 この水性分散液へとカチオン化剤を添加し、 助剤粒子を前記デンプン細粒と混合することによって充てん剤粒子−デンプン
凝集物を生成させ、前記充てん剤粒子が、硫酸アルミニウム、粉砕炭酸カルシウ
ム、チョーク、クレー、二酸化チタン、タルク、ドロマイト、硫酸カルシウム、
硫酸バリウム、カオリン、水酸化アルミニウム、繻子白およびこれらの混合物か
らなる群より選ばれており、 前記充てん剤粒子−デンプン細粒凝集物をセルロース完成紙料と結合させるこ
とによって紙製品を生成させる、紙製品の製造方法。
55. A method of making a paper product, comprising: preparing pea starch; adding the pea starch to cold water to produce an aqueous dispersion of pea starch, wherein the dispersion comprises from about 1% to about 10% by weight. And heating the dispersion at a temperature of about 70 ° C. to about 90 ° C. for a time sufficient to produce starch granules having a particle size in the range of about 40 μm to about 70 μm. A cationizing agent is added to the aqueous dispersion, and a filler particle-starch aggregate is formed by mixing the auxiliary particles with the starch fine particles. Calcium, chalk, clay, titanium dioxide, talc, dolomite, calcium sulfate,
Selected from the group consisting of barium sulfate, kaolin, aluminum hydroxide, satin white and mixtures thereof, wherein the filler particles-starch fines aggregates are combined with a cellulose furnish to produce a paper product; Manufacturing method of paper products.
【請求項56】 ピースターチの前記水性分散液を生成させる工程において、ピ
ースターチを冷水へと添加することによって、約5−約7重量%のデンプンを含
有する分散液を生成させる、請求項55記載の方法。
56. The method of claim 55, wherein in the step of forming the aqueous dispersion of pea starch, a dispersion containing about 5 to about 7% starch by weight is added by adding the pea starch to cold water. Method.
【請求項57】 前記分散液を加熱するのに際して、前記分散液を約80℃から
約90℃の温度に加熱する、請求項55拒記載の方法。
57. The method of claim 55, wherein heating the dispersion comprises heating the dispersion to a temperature of about 80 ° C. to about 90 ° C.
【請求項58】 前記デンプン細粒の平均粒径が約50μmから約60μmであ
る、請求項55記載の方法。
58. The method of claim 55, wherein the average particle size of the starch granules is from about 50 μm to about 60 μm.
【請求項59】 請求項32記載の方法によって製造された紙製品。59. A paper product made by the method of claim 32. 【請求項60】 請求項47記載の方法によって製造された紙製品。60. A paper product produced by the method of claim 47. 【請求項61】 請求項55記載の方法によって製造された紙製品。61. A paper product produced by the method of claim 55. 【請求項62】 セルロース材料と、ピースターチ細粒と凝集している充てん剤
粒子とを含有する、紙製品。
62. A paper product comprising a cellulosic material and pea starch granules and agglomerated filler particles.
【請求項63】 紙製品を製造する方法であって、 デンプンを処理してデンプン細粒を生成させ、紙製品の製造に有用な充てん剤
粒子を前記デンプン細粒と混合することによって充てん剤粒子とデンプンとの凝
集物を生成させることによって、前記充てん剤粒子を予備凝集させ、 セルロースフラクションを準備し、 前記充てん剤粒子とデンプンとの凝集物を前記セルロースフラクションへと結
合するのと同時に、あるいは前記充てん剤粒子とデンプンとの凝集物を前記セル
ロースフラクションへと結合した後に、前記セルロースフラクションのまわりに
無機物網目構造を生成させる、紙製品の製造方法。
63. A method of making a paper product, the method comprising treating starch to produce starch granules, and mixing the filler particles useful for making a paper product with the starch granules. By pre-aggregating the filler particles by forming an aggregate of starch and starch, preparing a cellulose fraction, simultaneously with binding the aggregate of the filler particles and starch to the cellulose fraction, or A method for producing a paper product, wherein an aggregate of the filler particles and starch is combined with the cellulose fraction, and then an inorganic network structure is formed around the cellulose fraction.
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